JP2012517039A - ミニカメラレンズ - Google Patents

Abstract

本発明はミニカメラレンズであり、3枚の非球面レンズ及び絞りを含み、各レンズの屈折度が順次正、負、正で、記載のレンズが下記の数式を満足する：
VP1>50 及びVP2<35；式中、VP1とVP2はそれぞれ第一レンズと第二レンズのアッベ数である。本発明のミニカメラレンズが、非球面レンズの組み合わせを採用したため、レンズ全体の解像力を向上し、レンズの優良結像を保証し、同時に合理的な光学パラメーター設計により、このレンズの公差過敏性がわりに低くなり、公差限界を向上し、量産に安定品質を保持し、良好な技術効果を得た。

Description

本発明はレンズの光学結像系、具体的には3枚の非球面レンズから構成するミニ高品質、低公差感光性のレンズに関する。

ミニカメラレンズの関連技術は、現在多くの研究開発がおこなわれ、特にトリプレットレンズ構造のカメラレンズが急速に発展してきた。更に良い光学効果を達成するためには、どのような具体的な構造パラメーターを設計するかは、常に光学レンズ制造業界の主要課題である。

非球面レンズは、適切な曲率半径を有するため、良好な収差矯正作用を維持することができて、カメラレンズの全体解像度と品質を向上するので、通常は、高品質なカメラレンズを達成するために、一つ或いは多数の非球面レンズを利用している。しかし、このような設計は、その許容公差限界を降下させ易く、レンズの加工要求が高くなりがちであるため、量産において安定的な品質を保持し難い。これと対照的に、公知の製品の大部分は、公差限界は好ましい程度であるが、撮影品質においては劣るものであった。

公差限界は、非常に挑戦しがいのある事項であり、同時に伝統光学設計においては見すごされてきた事項として主要なものである。しかしながら、今日においては、許容公差はとても重要である。周知のとおり、もしある製品のパラメーターが過度に最適化されるならば、その生産における要求は非常に高度になるであろうし、それにより合格率が低く、生産コストが増加し、最終製品が競争力を失うであろう。そのため、レンズの設計においては、必ず量産を考慮した最適化、即ち製品の公差限界を向上させ、満足できる撮影品質を有していて、製造コストが低く、量産において安定品質が保持できる高品質レンズを設計する努力がなされなければならない。

中国特許番号200510035220.9において公開された光学レンズは、トリプレットレンズからなる光学システムで、このレンズ内のトリプレットレンズは、物から像まで順次、正屈折率の両凸面第一レンズ、負屈折率の凹凸面第二レンズ、負屈折率の凹凸面第三レンズからなる。この特許における第三レンズは、比較的好ましい公差限界を持ち、レンズ偏芯公差が5μmであるが、第一レンズの偏芯公差は2μmで、第二レンズの偏芯公差は2μmである。そのために製造加工の精度に対する要求がとても高く、要求を満たすのは困難である。
図1はこの特許製品のモンテカルロイールド分析図である。図１に示すように、1/2ナイキスト周波数においてイールドが77%にすぎない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、非球面レンズと特定の光学パラメーター設計とを組み合わせることにより、高品質と低感光性という既存レンガの欠点を有効的に解決することができる光学レンズ構造を提供することを目的とするものである。

本発明は既存技術の欠陥を克服し、高品質と低感光性のミニカメラレンズを提供する。その具体的な技術的解決法は、以下の通りである。

本発明のミニカメラレンズは、3枚の非球面レンズ及び絞りを含み、該3枚の非球面レンズは、物から像まで順次第一レンズ、第二レンズおよび第三レンズからなり、各レンズの屈折度（ジオプトリー）は順次正、負、正であり、各レンズは下記の数式を満足する：
VP1>50 及び
VP2<35
数式中の、VP1、VP2は、それぞれ第一レンズと第二レンズのアッベ数である。

さらに、好ましい構造として、上記の絞りが第一レンズと第二レンズの間に設置されている。

その構造は、さらに好ましくは、レンズが下記の関係式を満足するものである：
1.0<|f2/f1|<5
1.0< |P2R2/P1R1| <5
0.4<(P1R2−P1R1)/(P1R1+P1R2)
式中、f1は第一レンズの焦点距離であり、
f2は第二レンズの焦点距離であり、
P1R1は第一レンズの物側の曲率半径であり、
P1R2は第一レンズの像側の曲率半径であり、
P2R2は第二レンズの物側の曲率半径である。

その構造は、さらに好ましくは、
上記の第一レンズがメニスカスレンズであり、
上記の第二レンズがメニスカスレンズであり、
上記の第三レンズが弓形(bow-shaped)レンズである。

その構造は、さらに好ましくは、
上記の第一レンズの凸面が物に向かい、
上記の第二レンズの凸面が像に向かい、
上記の第三レンズの中心凸面が物に向かう。

その構造は、さらに好ましくは、
上記のレンズが下記の数式を満足する：
0.4<(P1R2−P1R1)/(P1R1+P1R2) =0.5
数式中、P1R1は第一レンズの物側の曲率半径であり、
P1R2は第一レンズの像側の曲率半径である。

本発明のミニカメラレンズは、非球面レンズの組み合わせを採用したために、レンズ全体としての解像力が向上し、レンズは優れた結像品質を有し、同時に適切な光学パラメーター設計により、このレンズの許容公差に関する過敏性は比較的低くなり、量産に際しても信頼性高く生産できる。かくして、本願発明が提供するミニカメラレンズは、良好な技術効果を達成している。

本発明の上述した特徴と利点は、例示としての実施例についての、図面を参照した以下の説明により、更にはっきりとかつ容易に理解できるであろう。

図1は、従来技術において公知のミニカメラレンズのモンテカルロイールド分析図である。 図2は、本発明の実施例1のミニカメラレンズの具体的な構造説明図である。 図3は、本発明の実施例1のミニカメラレンズの軸上色収差図である。 図4は、本発明の実施例1のミニカメラレンズの非点収差図である。 図5は、本発明の実施例1のミニカメラレンズのディストーション図である。 図6は、本発明の実施例1のミニカメラレンズの倍率色収差図である。 図7は、本発明の実施例1のミニカメラレンズのモンテカルロイールド分析図である。 図8は、本発明の実施例2のミニカメラレンズの具体的な構造説明図である。 図9は、本発明の実施例2のミニカメラレンズの軸上色収差図である。 図10は、本発明の実施例2のミニカメラレンズの非点収差図である。 図11は、本発明の実施例2のミニカメラレンズのディストーション図である。 図12は、本発明の実施例1のミニカメラレンズの倍率色収差図である。 図13は、本発明の実施例1のミニカメラレンズのモンテカルロイールド分析図である。

次に、図面を参照しつつ、本発明と関連する具体的な実施の態様について詳しく説明する。
従来技術における大部分の光学レンズは、結像品質の向上に重点を置き、公差限界については正当な配慮を見落としてきたという問題点に対し、本発明は結像品質が高く、同時に公差限界に関する改善がなされているミニカメラレンズを提出するものである。

本発明のミニカメラレンズは、3枚の非球面レンズ及び絞りを含み、各レンズの屈折度が順次正、負、正で、下記の数式を満足する：
VP1>50 及び
VP2<35
数式中、VP1とVP2はそれぞれ第一レンズと第二レンズのアッベ数である。
3枚の非球面レンズは、物から像までの方向に、順次第一レンズ、第二レンズと第三レンズと命名される。

レンズのタイプと屈折度を選択し、VP1とVP2の満足する条件を確定することにより、色収差および縦収差を大きく減少させることができ、、結像品質を向上し、同時に公差限界に関しても向上させることができる。本発明は第三レンズのアッベ数VP3に対して特に制限が存在せず、つまり、第三レンズは、正の屈折度を持った非球面レンズでありさえすれば、本分野におけるいかなる通常のレンズでも良い。

本発明は絞りの位置に対し特別な制限はない。好ましくは、収差を減らし、結像品質を向上させるために、絞りは第一レンズと第二レンズの間に設置することができる。
本発明は非球面レンズの形に対し特別な制限はない、すなわち上述の屈折度とアッベ数の要求を満足しさえすれば、非球面レンズは適切な形状であるといえる。例えば、非球面レンズとして、双凸形、平凸形、双凹形、メニスカス、弓形であることができる。しかしながら、結像品質の向上から考慮する場合、好ましくは、第一レンズがメニスカスレンズで、第二レンズがメニスカスレンズで、第三レンズがは弓形レンズである。さらに好ましくは、第一レンズの凸面が物に向かい、第二レンズの凸面が像に向かい、第三レンズの中心凸面が物に向かう。

公差限界は、通常複雑な問題であって、多くの原因に影響されるものである。本発明者は、大量の実験により、レンズ焦点距離とレンズの曲率半径との関係関数が公差過敏性に対する影響はとても大きいことを発見した。レンズの焦点距離と曲率の半径の間の関係が、以下の条件を満足することにより、明らかにレンズの公差過敏性を減少させ、製品の公差限界を向上することができる。
1.0< |f2/f1| <5
1.0< |P2R2/P1R1| <5
0.4< (P1R2−P1R1)/(P1R1+P1R2)
式中、f1は第一レンズの焦点距離であり、
f2は第二レンズの焦点距離であり、
P1R1は第一レンズの物の曲率半径であり、
P1R2は第一レンズの像の曲率半径であり、
P2R2は第二レンズの物の曲率半径である。

各レンズの曲率半径は、さらに好ましくは：0.4<(P1R2−P1R1)/(P1R1+P1R2) ≦0.5を満足する。このような範囲の満足により、レンズの公差限界が更に向上する。
次に具体的な実施例を利用し本発明に対し詳しい説明を行う。

（実施例1）
図2は、本発明の実施例1のミニカメラレンズの具体的な構造説明図である。図が示した通りに、記載のミニカメラレンズが3枚の非球面レンズを含み、光軸に沿い物から像まで順次：正の屈折度を持った第一レンズE1、絞りE4、負の屈折度を持った第二レンズE2、正の屈折度を持った第三レンズE3、フィルターE5と結像面E6である。

本実施例において、第一レンズはメニスカスの凹凸面レンズであり、凸面が物に向かい、凹面が像に向かう；第二レンズはメニスカスの凹凸面レンズであり、凹面が物に向かい、凸面が像に向かう；第三レンズは凹凸面レンズの弓形レンズであり、凸面が物に向かい、凹面が像に向かい、中心凸面が物に向かう。
第一レンズE1のアッベ数はVP1=56.1で、第二レンズE2のアッベ数はVP2=23.0である。
その他に、更に結像品質を向上するために、実施例1の中に、絞りE4を第1レンズE1と第2レンズE2の間に設置される。絞りは、その他の位置に設置してもよい。

本実施例において、第一レンズの焦点距離f1は2.50で、第二レンズの焦点距離f2は−3.79で、第三レンズの焦点距離f3は4.53であり、レンズ全体としての焦点距離fは2.79である。第一レンズの物体側の曲率半径P1R1が1.2000で、第一レンズの像側の曲率半径P1R2が3.4500で、第二レンズの像側の曲率半径P2R2が−1.4682である。

上述の焦点距離と曲率半径の値に基づいて得られる計算結果は次の通りである：|f2/f1|は1.516であり、|P2R2/P1R1|は1.2235であり、(P1R2−P1R1)/(P1R1+P1R2)は0.4838である。

本発明の上述特徴と利点が更にはっきりと容易に理解できるように、次に図表を参照し上述の実施例1のミニカメラレンズについて説明を行う。
表1、表2に本発明の実施例1の、レンズ面の表面タイプ、曲率半径、各レンズの厚さ、材料、有効直径及び円錐係数を含むレンズ関連パラメーターを列挙する。

光軸に沿って物体側から、それぞれのレンズに順次番号をつけ、第一レンズE1の鏡面がS1、S2で、絞り面がS3で、第二レンズE2の鏡面がS4、S5で、第三レンズE3の鏡面がS6、S7で、フィルターE6の鏡面がS8、S9で、S10が結像平面である。
システムのパラメーター：1/5”感光部品、口径値2.4

表2に第一レンズE1、第二レンズE2、第三レンズE3の非球面高次の項係数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16の具体パラメーターを列挙し、次表が示した通りである：

図3〜図6は本発明の実施例1のミニカメラレンズに対応する光学性能曲線図で、即ち本発明のミニカメラレンズの色収差、非点収差、ディストーションと倍率色収差など特徴を表現している。本発明の実施例1のミニカメラレンズが色収差、非点収差、ディストーションなどの点において明らかに改善し、結像品質が大いに向上したことを図中からはっきり読み取ることができる。

その他に、図7は本発明実施例1のミニカメラレンズのモンテカルロイールド分析図である。本発明のミニカメラレンズが1/2ナイキスト周波数においてイールドが92.5%まで達成でき、これは従来技術のレンズのイールド（７７％）よりも明らかに高い値であることを図７から読み取ることができる。

（実施例2）
図8は、本発明の実施例2のミニカメラレンズの具体的な構造説明図である；
図8が示した通りに、本実施例は、記載のミニカメラレンズは3枚の非球面レンズを含み、光軸に沿い物から像まで順次：正の屈折度を持った第一レンズE1’、絞りE4’、負の屈折度を持った第二レンズE2’、正の屈折度を持った第三レンズE3’、フィルターE5’と結像面E6’とからなる。

本実施例において、3枚の非球面レンズの形は上述の実施例1と同様であり、即ち第一レンズがメニスカスの凹凸面レンズで、第二レンズがメニスカスの凹凸面レンズで、第三レンズが凹凸面レンズの弓形レンズである。
第一レンズE1’はアッベ数VP1=56.1で、第二レンズE2’はアッベ数VP2=23.0である。
第一レンズの焦点距離f1は3.15で、第二レンズの焦点距離f2は−5.06で、第三レンズの焦点距離f3は3.45である。第一レンズの物体側の曲率半径P1R1は1.42704で、第一レンズの像側の曲率半径P1R2は4.253で、第二レンズの像側の曲率半径P2R2は−1.721408である。
上述の焦点距離と曲率半径の値に基づいた計算結果は次の通りである：|f2/f1|が1.606で、|P2R2/P1R1|が1.2062で、(P1R2−P1R1)/(P1R1+P1R2)が0.4975である。

本発明の上述した特徴と利点が更にはっきりと理解し易くなるように、次に図表を参照し上述の発明の技術効果について説明を行う。
表3、表4に本発明の具体的実施例2のレンズ関連パラメーターを列挙し、それにはレンズ面の表面タイプ、曲率半径、各レンズの厚さ、材料、有効直径及び円錐係数が含まれる。

光軸に沿って物体側から、それぞれのレンズを順次番号をつけ、第一レンズE1’の鏡面がS1’、S2’で、絞り面がS3’で、第二レンズE2’の鏡面がS4’、S5’で、第三レンズE3’の鏡面がS6’、S7’で、フィルターE6’の表面がS8’、S9’で、S10’が結像平面である。
システムのパラメーター：1/4”感光部品、口径値2.4

表4は、第一レンズE1’、第二レンズE2’、第三レンズE3’の非球面高次の項係数A4、A6、A8、A10、A12、A14、A16の具体パラメーターを列挙するものであり、次表の通りである：

図9〜12は本発明の実施例2のミニカメラレンズの光学性能に対応する曲線図で、即ち本発明のミニカメラレンズの色収差、非点収差、ディストーションと倍率色収差など特徴をそれぞれ表現している。本発明の実施例２のミニカメラレンズが色収差、非点収差、ディストーションなど方面に明らかに改善し、結像品質が大いに向上したことが図中からはっきり見てとれる。

さらに加えて、図13は本発明の実施例2のミニカメラレンズのモンテカルロイールド分析図である。本発明のミニカメラレンズが1/2ナイキスト周波数においてイールドが91%まで達成でき、従来技術のレンズのイールド（７７％）よりも明確に高いことが図13から見てとれる。

結論として、本発明のミニカメラレンズは光学性能が優れ、優良な結像品質を有するだけではなく、公差限界が良好で、レンズ製品量産の需要を満足し、量産の場合品質の安定を実現し、大いに生産コストを降下することができる。

本発明が提供するミニカメラレンズの原理を実施態様に基づいて上述のように説明したが、本発明の精神を逸脱せずに、本分野の技術者は上述の実施例を基礎とし各種の改善と変形を行うことがでる。これらの改善或いは変形は、本発明の保護範囲内に属する。本分野の技術者は、上述の具体説明が本発明の目的を説明し解釈するためのものであり、決して本発明を制限するものではないことを理解すべきである。本発明の保護範囲は請求の範囲及びその均等物により限定される。

Claims (6)

1. 3非球面レンズ及び絞りを含み、記載の3非球面レンズが物から像まで順次第一レンズ、第二レンズと第三レンズで、各レンズの屈折度が順次正、負、正で、各レンズが下記の数式を満足するミニカメラレンズ：
   VP1>50 及びVP2<35
   数式中、VP1とVP2はそれぞれ第一レンズと第二レンズのアッベ数である。
2. 絞りを第一レンズと第二レンズの間に設置したことを特徴とする、請求項1に記載のミニカメラレンズ。
3. 各レンズが以下の関係式を満足することを特徴とする、請求項1又は2に記載のミニカメラレンズ：
   1.0<|f2/f1|<5
   1.0< |P2R2/P1R1| <5
   0.4<(P1R2-P1R1)/(P1R1+P1R2)
   式中、f1は第一レンズの焦点距離であり、
   f2は第二レンズの焦点距離であり、
   P1R1は第一レンズの物側の曲率半径であり、
   P1R2は第一レンズの像側の曲率半径であり、
   P2R2は第二レンズの物側の曲率半径である。
4. 第一レンズがメニスカスレンズであること、
   第二レンズがメニスカスレンズであること、
   第三レンズが弓形レンズであることを特徴とする、請求項1に記載のミニカメラレンズ。
5. 第一レンズの凸面が物に向かうこと、
   第二レンズの凸面が像に向かうこと、
   第三レンズの中心凸面が物に向かうことを特徴とする、請求項4に記載のミニカメラレンズ。
6. レンズが下記の数式を満足することを特徴とする、請求項3に記載のミニカメラレンズ：
   0.4<(P1R2−P1R1)/(P1R1+P1R2) =0.5
   数式中、P1R1は第一レンズの物側の曲率半径であり、
   P1R2は第一レンズの像側の曲率半径である。