JP2018072781A

JP2018072781A - 撮像レンズ

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Publication number: JP2018072781A
Application number: JP2016216598A
Authority: JP
Inventors: 健司生沼; Kenji Oinuma
Original assignee: AAC Acoustic Technologies Shenzhen Co Ltd
Current assignee: AAC Technologies Holdings Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2016-11-04
Filing date: 2016-11-04
Publication date: 2018-05-10
Anticipated expiration: 2036-11-04
Also published as: US20180129019A1; CN106707470A; JP6147405B1; US9989733B2; CN106707470B

Abstract

【課題】良好な光学特性を有し、小型で且つ、全画角が９０°以上の広角で、２．４０以下の明るいＦ値を有する１枚のレンズで構成され、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長域での静脈認証などの生体認証や眼球追尾認識に用いられる１枚構成の撮像レンズを提供する。
【解決手段】物体から順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正パワーを有するメニスカス形状の第１レンズを配置し、且つ、所定の条件式を満足する。
【選択図】図１

Description

本発明は、良好な光学特性を有し、小型で且つ、全画角（以下、2ωとする）が９０°以上と広角で、２．４０以下の明るいＦ値（以下、Ｆｎｏとする）を有する１枚のレンズで構成され、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長域での静脈認証などの生体認証や眼球追尾認識に用いられる１枚構成の撮像レンズに関する発明である。

従来用いられていた広角、小型で、Ｆｎｏの明るい撮像レンズとしては、特許文献１に開示された２枚構成のものがある。レンズ構成は、負パワーの第１レンズ、正パワーの第２レンズが配置されており、画角が、２ω＝９０〜１１０°と広角で尚且つ歪曲収差も比較的小さく、認識用レンズとして用いるには十分であったが、コスト面としてはレンズ２枚を用いるため不向きであった。

特許文献２に開示された撮像レンズは、プラスチックレンズを用いた低コストで１枚での構成された撮像レンズであるが、画角が４０°〜５０°と狭角化なために認識用レンズとしては、撮影範囲が狭いために不十分であった。

特許文献３に開示された撮像レンズは、上記、１枚での構成された撮像レンズであるが、F値が2.8〜3.2と暗く、認識用レンズとしては不十分であった。

特開２００６−３３７４０２号公報特開２００６−０７９０５９号公報特開２０１１−０８１２５３号公報

良好な光学特性を有し、小型で且つ、全画角が９０°以上の広角で、明るいＦ値を有する１枚のレンズで構成され、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長域で静脈認証などの生体認証や眼球追尾認識に用いられる撮像レンズを提供する。

上記、広角化をするためには、光学ディストーションも考慮しながら設計する必要がある。本発明の撮像レンズは、本用途に十分使用できるように撮像面での諸収差が良好に補正されている必要がある。近年、撮像装置側で画像補正技術を用いることで歪曲画像の補正が良好に行えるようになってきている。この時、光学ディストーション（Ｄ）は像高全域でＤ≧−２０％である。ここで光学ディストーションの定義は、以下の式となっている。
Ｄ＝（Ｙ１−Ｙ０）／Ｙ０＊１００（％）
Ｙ１：実像高、Ｙ０：理想像高

上記目的を達成するために、第１レンズによる物体側側面曲率と像面側側面曲率とのパワーバランス、第１レンズの中心厚とレンズの焦点距離の比、第１レンズ像面側面から撮像面までの軸上距離とレンズ系全体の焦点距離の比、及び、第１レンズの非球面形状を鋭意検討した結果、従来技術の課題が改善され、静脈認証などの生体認証や眼球追尾認識に用いられる撮像レンズを得ることを見出し、本発明に到達した。

請求項１記載の撮像レンズは、物体から像側面に向かって順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正パワーを有するメニスカス形状の第１レンズを配置し、以下の条件式（１）〜（４）を満足することを特徴とする1枚構成の撮像レンズ。
１．７０≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦１．９０（１）
０．３０≦Ｄ１／ｆ≦０．４５（２）
０．９０≦Ｙ／ｆ≦１．００（３）
１．５０≦（Ｙ／ｆ）× ２ω ≦１．７０（４）
但し、
Ｒ１：レンズの物体側面の曲率半径
Ｒ２：レンズの像面側面の曲率半
Ｄ１：第１レンズの中心厚
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Ｙ：最大像高
２ω：全画角
である。

請求項２記載の撮像レンズは、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
０．５０≦ｆ／ＴＬ≦０．６０（５）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ＴＬ：第１レンズＬ１の物体側面から像面までの軸上距離
である。

請求項３記載の撮像レンズは、以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
１．３５≦ＢＦ／ｆ≦１．４５（６）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ＢＦ：レンズの像面側面から撮像面までの軸上距離
である。

請求項４記載の撮像レンズは、以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
但し、
１．５３≦ｎｄ１≦１．６０（７）
但し、
ｎｄ１：第１レンズのｄ線の屈折率
である。

本発明によれば、良好な光学特性を有し、小型で且つ、全画角が９０°以上の広角で、明るいＦ値を有する１枚のレンズで構成され、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長域での静脈認証などの生体認証や眼球追尾認識に用いられる１枚構成の撮像レンズを提供する。

本発明の一実施形態に係る撮像レンズＬＡの構成を示す図。上記撮像レンズＬＡの具体的実施例１の構成を示す図。実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差図。実施例１の撮像レンズＬＡの倍率色収差図。実施例１の撮像レンズＬＡの像面湾曲図及び歪曲収差図上記撮像レンズＬＡの具体的実施例２の構成を示す図。実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差図。実施例２の撮像レンズＬＡの倍率色収差図。実施例２の撮像レンズＬＡの像面湾曲図及び歪曲収差図上記撮像レンズＬＡの具体的実施例３の構成を示す図。実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差図。実施例３の撮像レンズＬＡの倍率色収差図。実施例３の撮像レンズＬＡの像面湾曲図及び歪曲収差図

本発明に係る撮像レンズの一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明の一実施形態撮像レンズの構成図を図１に示す。この撮像レンズＬＡは、物体側から像面側へ向かって順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正パワーを有するメニスカス形状の第１レンズＬ１が配置された１枚構成のレンズ系を備えている。第１レンズと像面の間に、ガラス平板ＧＦ１及び、ＧＦ２が配置される。又、ガラス平板ＧＦ１及び、ＧＦ２は、第１レンズと像面の間に配置しなくともよい。

第１レンズＬ１は、正パワーを有するレンズである。この１枚のレンズ表面は、諸収差を良好に補正するために、全面を非球面形状とすることが望ましい。特に非球面形状を用いることで、特に球面収差、コマ収差の補正を良好にすることができる。

撮像レンズＬＡは、以下の条件式（１）〜（４）を満足することを特徴とする1枚構成の撮像レンズである。
１．７０≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦１．９０（１）
０．３０≦Ｄ１／ｆ≦０．４５（２）
０．９０≦Ｙ／ｆ≦１．００（３）
１．５０≦（Ｙ／ｆ）× ２ω ≦１．７０（４）
但し、
Ｒ１：レンズの物体側面の曲率半径
Ｒ２：レンズの像面側面の曲率半
Ｄ１：第１レンズの中心厚
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Ｙ：最大像高
２ω：全画角

条件式（１）は、第１レンズＬ１の形状を規定するものである。条件式の上限値を上回ると、レンズ全体のパワーが大きくなるため、像面湾曲、コマ収差および歪曲収差で良好な収差補正ができなくなるため好ましくない。逆に条件式の下限値を下回るとレンズ全体のパワーが小さくなりすぎて、画角の確保および像面湾曲、コマ収差および歪曲収差の良好な補正ができなくなるため好ましくない。
なお、条件式（１）の数値範囲を、以下の条件式（１−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
１．７２≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦１．８５（１−Ａ）

条件式（２）は、小型化を図るとともにバックフォーカスを確保するための制限である。なお、条件式（２）の数値範囲を、以下の条件式（２−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
０．３２≦Ｄ１／ｆ≦０．４２（２−Ａ）

条件式（３）は、９０°以上の画角を確保するために規定するものである。例えば、条件式（３）の範囲外である０．９０＞Ｙ／ｆになると、小型、及び、広角化が困難となり好ましくない。また、条件式（３）の範囲外であるＹ／ｆ＞１．００になると広角化としては、有利であるが歪曲収差の補正が困難となるのと同時に諸収差の補正が困難となるため好ましくない。
なお、条件式（３）の数値範囲を、以下の条件式（３−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
０．９２≦ Ｙ／ｆ ≦０．９７（３−Ａ）

条件式（４）は、条件式（３）と同様に９０°以上の画角を確保するために規定するものである。なお、条件式（４）の数値範囲を、以下の条件式（４−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。また、（３）および（４）を同時に成り立つことで諸収差を補正しながら、広画角を保つことが可能となる。
１．５０≦（Ｙ／ｆ）× ２ω ≦１．６０（４−Ａ）

撮像レンズＬＡは、以下の条件式（５）を満足することを特徴とする1枚構成の撮像レンズである。
０．５０≦ｆ／ＴＬ≦０．６０（５）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ＴＬ：第１レンズＬ１の物体側面から像面までの軸上距離
である。

条件式（５）は、レンズ系全体の焦点距離ｆと第１レンズＬ１の物体側面から像面までの軸上距離の比を規定するものである。条件式（５）の範囲外では、小型、及び、広角化が困難となり好ましくない。
なお、条件式（５）の数値範囲を、以下の条件式（５−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
０．５０≦ｆ／ＴＬ≦０．５７５（５−Ａ）

第１レンズＬ１は、正のパワーを有するレンズであり、以下の条件式（６）、（７）を満足することを特徴とする1枚構成の撮像レンズである。
１．３５≦ＢＦ／ｆ≦１．４５（６）
１．５３≦ｎｄ１≦１．６０（７）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ＢＦ：レンズの像面側面から撮像面までの軸上距離
ｎｄ１：第１レンズのｄ線の屈折率
である。

条件式（６）は、バックフォーカスＢＦとレンズ系全体の焦点距離ｆの比を規定するものである。条件式（６）の範囲外では、撮像面を保護するためのカバーガラス等を配置するためのスペースを確保することが困難となり、好ましくない。
なお、条件式（６−Ａ）の数値範囲を以下の条件式（６−Ａ）の数値範囲に設定することが、より好ましい。
１．３８ ≦ BF/ｆ ≦ １．４５（６−Ａ）

条件式（７）は、第１レンズＬ１の屈折率を規定する。条件式の下限値以下であると、屈折力が弱くなるため、光学長が長くなるので好ましくない。一方、条件式の上限値以上であると、歪曲収差の補正が困難となるので好ましくない。

撮像レンズＬＡを構成する１枚レンズが、それぞれ前記の構成及び、条件式を満たすことにより、良好な光学特性を有し、小型で、２ω≧９０°と広角な１枚のレンズで構成され、７５０ｎｍ〜９００ｎｍの波長域での静脈認証などの生体認証や眼球追尾認識等の用途に用いられる撮像レンズを得ることが可能となる。

以下に、本発明の撮像レンズＬＡについて、実施例を用いて説明する。各実施例に記載されている記号は以下のことを示す。なお、距離、半径及び中心厚の単位は、ｍｍである。
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Ｆｎｏ：Ｆ値
２ω ：全画角
Ｓ１：開口絞り
Ｒ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
Ｒ１：第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像面側面の曲率半径
Ｒ３：ガラス平板ＧＦ１の物体側面の曲率半径
Ｒ４：ガラス平板ＧＦ１の像面側面の曲率半径
Ｒ５：ガラス平板ＧＦ２の物体側面の曲率半径
Ｒ６：ガラス平板ＧＦ２の像面側面の曲率半径
Ｄ：レンズの中心厚、又は、レンズ間距離
Ｄ０：開口絞りＳ１から第１レンズＬ１の物体側面までの軸上距離
Ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚
Ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面からガラス平板ＧＦ２の物体側面までの軸上距離
Ｄ３：ガラス平板ＧＦ１の中心厚
Ｄ４：ガラス平板ＧＦ１からガラス平板ＧＦ２までの軸上距離
Ｄ５：ガラス平板ＧＦ２の中心厚
Ｄ６：ガラス平板ＧＦ２の像面側面から像面までの軸上距離
ｎｄ：ｄ線の屈折率
ｎ１：第１レンズＬ１のｄ線の屈折率
ｎ２：ガラス平板ＧＦ１のｄ線の屈折率
ｎ４：ガラス平板ＧＦ２のｄ線の屈折率
νｄ：アッベ数
ν１：第１レンズＬ１のアッベ数
ν２：ガラス平板ＧＦ１のアッベ数
ν４：ガラス平板ＧＦ２のアッベ数
ＴＬ：光学長（第１レンズＬ１の物体側面から像面までの軸上距離）
ＢＦ：第１レンズＬ１像面側面から像面までの軸上距離（ガラス平板ＧＦの厚み含む）
Ｙ：最大像高

ｙ＝（ｘ^２／Ｒ）／[１＋｛１−（ｋ＋１）（ｘ^２／Ｒ^２）｝^１／２]
＋Ａ４ｘ^４＋Ａ６ｘ^６＋Ａ８ｘ^８＋Ａ１０ｘ^１０＋Ａ１２ｘ^１２＋Ａ１４ｘ^１４＋Ａ１６ｘ^１6 （８）

但し、Ｒは軸上の曲率半径、ｋは円錐係数、Ａ４、Ａ６、Ａ８、Ａ１０、Ａ１２、Ａ１４、Ａ１６は非球面係数である。

各レンズ面の非球面は、便宜上、式（８）で表される非球面を使用している。しかし、ながら、特に、この式（８）の非球面多項式に限定するものではない。

（実施例１）
図２は、実施例１の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例１の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズの物体側及び像面側の曲率半径Ｒ、レンズ中心厚又はレンズ間距離Ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表１に、円錐係数ｋ、非球面係数を表２に示す。

後に登場する表７は、実施例１、２、３の諸値及び条件式（１）〜（６）で規定したパラメータに対応する値を示す。実施例１、２、３の設計波長は、８５０ｎｍである。

実施例１は、表７に示すように、条件式（１）〜（６）を満足する。

実施例１の撮像レンズの球面収差を図３に、倍率色収差を図４に、像面湾曲及び歪曲収差を図５に示す。なお、図４の像面湾曲のＳはサジタル像面にたいする像面湾曲、Ｔはタンジェンシャル像面に対する像面湾曲であり、実施例２、３においても同様である。実施例１の撮像レンズＬＡは、Ｆｎｏ＝２．２０、２ω＝９４．０°、ＴＬ＝２．６５９ｍｍと広角、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。

（実施例２）
図６は、実施例２の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例２の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１の物体側及び像面側の曲率半径Ｒ、レンズ中心厚又はレンズ間距離Ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表３に、円錐係数ｋ、非球面係数を表４に示す。

実施例２は、表７に示すように、条件式（１）〜（６）を満足する。

実施例２の撮像レンズの球面収差を図７に、倍率色収差を図８に、像面湾曲及び歪曲収差を図９に示す。実施例２の撮像レンズＬＡは、Ｆｎｏ＝２．２０、２ω＝９３．８°、ＴＬ＝２．８４７ｍｍと広角、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。

（実施例３）
図１０は、実施例３の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。実施例３の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズの物体側及び像面側の曲率半径Ｒ、レンズ中心厚又はレンズ間距離Ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νを表５に、円錐係数ｋ、非球面係数を表６に示す。

実施例３は、表７に示すように、条件式（１）〜（６）を満足する。

実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差を図１１に、倍率色収差を図１２に、像面湾曲及び歪曲収差を図１３に示す。実施例３の撮像レンズＬＡは、Ｆｎｏ＝２．２０、２ω＝９２．９°、ＴＬ＝２．８４１ｍｍと広角、小型で、良好な光学特性を有していることがわかる。

表７に各数値実施例の諸値及び、条件式（１）〜（６）で規定したパラメータに対応する値を示す。なお、表５に示す諸値単位は、２ω（°）、ｆ（ｍｍ）、ＴＬ（ｍｍ）、ＢＦ（ｍｍ）、Ｙ（ｍｍ）である。

ＬＡ：撮像レンズ
Ｓ１：開口絞り
Ｌ１：第１レンズ
Ｒ１：第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像面側面の曲率半径
Ｒ３：ガラス平板ＧＦ１の物体側面の曲率半径
Ｒ４：ガラス平板ＧＦ１の像面側面の曲率半径
Ｒ５：ガラス平板ＧＦ２の物体側面の曲率半径
Ｒ６：ガラス平板ＧＦ２の像面側面の曲率半径
Ｄ：レンズの中心厚、又は、レンズ間距離
Ｄ０：開口絞りＳ１から第１レンズＬ１の物体側面までの軸上距離
Ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚
Ｄ２：第１レンズＬの像面側面からガラス平板ＧＦ１の物体側面までの軸上距離
Ｄ３：ガラス平板ＧＦ１の中心厚
Ｄ４：ガラス平板ＧＦ１の像面側面からガラス平板ＧＦ１の物体側面までの軸上距離
Ｄ５：ガラス平板ＧＦ２の中心厚
Ｄ６：ガラス平板ＧＦ２の像面側面から像面までの軸上距離

Claims

物体から順に、開口絞り、像面側へ凸面を向けた正パワーを有するメニスカス形状の第１レンズを配置し、以下の条件式（１）〜（４）を満足することを特徴とする1枚構成の撮像レンズ。
１．７０≦（Ｒ１＋Ｒ２）／（Ｒ１−Ｒ２）≦１．９０（１）
０．３０≦Ｄ１／ｆ≦０．４５（２）
０．９０≦Ｙ／ｆ≦１．００（３）
１．５０≦（Ｙ／ｆ）× ２ω ≦１．７０（４）
但し、
Ｒ１：レンズの物体側面の曲率半径
Ｒ２：レンズの像面側面の曲率半
Ｄ１：第１レンズの中心厚
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
Ｙ：最大像高
２ω：全画角
である。
以下の条件式（５）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
０．５０≦ｆ／ＴＬ≦０．６０（５）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ＴＬ：第１レンズＬ１の物体側面から像面までの軸上距離
である。
以下の条件式（６）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
１．３５≦ＢＦ／ｆ≦１．４５（６）
但し、
ｆ：レンズ系全体の焦点距離
ＢＦ：第１レンズの像面側面から撮像面までの軸上距離
である。
以下の条件式（７）を満足することを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
但し、
１．５３≦ｎｄ１≦１．６０（７）
但し、
ｎｄ１：第１レンズのｄ線の屈折率
である。