JP3595308B2 - 撮像レンズ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は撮像レンズに係り、特に携帯型のコンピュータ、テレビ電話、携帯電話等に搭載されるCCD、CMOS等の撮像素子を利用した撮像装置に用いられ、小型軽量化を図ることを可能とした2枚レンズ構成の撮像レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、マルチメディアの進展が著しく、例えば、携帯型のコンピュータやテレビ電話、携帯電話等に搭載するためのCCD、CMOS等の固体撮像素子を利用したカメラの需要が著しく高まっている。このようなカメラは、限られた設置スペースに搭載する必要があることから、小型であり、かつ、軽量であることが望まれている。
【0003】
そのため、このようなカメラに用いられる撮像レンズも、同様に、小型軽量であることが要求されており、このような撮像レンズとしては、従来から、1枚のレンズを用いた1枚構成のレンズ系が用いられている。
【0004】
このような1枚構成のレンズ系では、CIFと呼ばれる約11万画素程度の解像度を持った固体撮像素子に適用する場合には、十分対応することができるが、近年、VGAと呼ばれる約30万画素程度の高い解像度を有する固体撮像素子の利用が検討されてきており、このような高解像度の固体撮像素子の解像能力を十分に発揮させるためには、従来の1枚構成のレンズ系では対応することができないという問題がある。
【0005】
そのため従来から、1枚構成のレンズ系に比較して光学性能に優れる2枚構成のレンズ系あるいは3枚構成のレンズ系が各種提案されている。
【0006】
この場合に、3枚構成のレンズ系においては、光学性能の低下につながる各収差を有効に補正することができることから、極めて高い光学性能を得ることが可能となるが、3枚構成のレンズ系では、部品点数が多いことから、小型化が困難であり、各構成部品に高い精度が要求されるため製造コストも高くなってしまうという問題を有している。
【0007】
これに対して、2枚構成のレンズ系は、3枚構成のレンズ系ほどの光学性能を望むことはできないものの、1枚構成のレンズ系より高い光学性能を得ることができ、小型でかつ高解像度の固体撮像素子に好適なレンズ系であるといえる。
【0008】
そして、このような2枚構成のレンズ系として、従来から、レトロフォーカス型と呼ばれる負レンズと正レンズを組み合わせたレンズ系が多数提案されている。しかし、このようなレトロフォーカス型のレンズ系では、部品点数を低減させることによる低コスト化は可能であるが、バックフォーカス距離が長くなるため1枚構成のレンズ系と同程度の小型化はその構成からみて、実質的に不可能である。
【0009】
また、他の2枚構成のレンズ系としては、テレフォト型と呼ばれる正レンズと負レンズを組み合わせたレンズ系がある。しかし、このようなテレフォト型のレンズ系は、本来銀塩写真用に開発されたものであり、バックフォーカス距離が短すぎ、また、テレセントリック性の問題もあり、固体撮像素子用の撮像レンズとして適用することは事実上不可能である。
【0010】
また、従来より、2枚の正レンズを組み合わせた2枚構成のレンズ系も提案されている。このような光学系としては、例えば、特開平7−181379号公報、特開平7−287164号公報、特開平10−206725号公報等に開示されているものがある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の2枚の正レンズを組み合わせた2枚構成の撮像レンズにおいては、いずれの公報に開示されているレンズ系においても、銀塩写真用あるいはコピー機やファクシミリ装置等の光学系として開発されているものであるため、焦点距離が20mm以上と極めて長く、しかも、FNoが4.0以上と極めて暗いレンズ系であり、固体撮像素子用としてはそのまま適用することができないという問題を有している。
【0012】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、射出瞳と撮像面(センサ)との間の距離を維持してテレセントリック性を高めるとともに、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正することが可能となることにより、光学性能を向上させることができ、さらに、製造性を向上させることのできる撮像レンズを提供することを目的とするものである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1に記載の発明に係る撮像レンズは、物体側から、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズとされた第1レンズ、絞り、像面側に強い凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズとされた第2レンズを順次配設し、前記第1レンズおよび第2レンズは、
(1)3.05×f2 ≧f1 ≧f2
(2)1.5×fl≧f2 ≧0.9×fl
(3)0.867fl≧Ad≧0.65fl
但し、
fl:レンズ系全体の焦点距離
f1 :第1レンズの焦点距離
f2 :第2レンズの焦点距離
Ad:第1レンズの物体側の面から第2レンズの像面側の面までの距離
の条件を満足することを特徴とするものである。
【0014】
この請求項1に記載の発明によれば、前記式(1)および式(2)の条件を満たすことにより、射出瞳と撮像面(センサ)との間の距離を維持してテレセントリック性を高めることにより、センサ端部に入射する光線の有効利用が可能となる。また、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正することが可能となることにより、光学性能を向上させることができ、さらに、製造性を向上させることができるものである。さらに、第2レンズを像面側に凸面を向けたメニスカスレンズとしているので、テレセントリック性を有効に確保することができ、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正することができる。
【0015】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記絞りは、前記第1レンズと第2レンズの間であって前記第1レンズの近傍に配置されていることを特徴とするものである。
【0016】
この請求項2に記載の発明によれば、第1レンズと第2レンズの間であって第1レンズの近傍に絞りを配置するようにしているので、射出瞳と撮像面(センサ)との間の距離を維持することがより確かとなり、第2レンズの形状等に負荷をかけることなく、テレセントリック性を高めることができる。
【0019】
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2において、前記第1レンズおよび第2レンズは樹脂材料により形成され、これら第1レンズおよび第2レンズの少なくとも1面は、非球面であることを特徴とするものである。
【0020】
この請求項3に記載の発明によれば、第1レンズおよび第2レンズを樹脂材料により形成するとともに、第1レンズおよび第2レンズの少なくとも1面を非球面としているので、製造性を確保しつつ、高い光学性能を維持することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1から図11を参照して説明する。
【0022】
図1は本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示したもので、この撮像レンズは、例えば、ガラスまたは樹脂材料等からなり、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズとされた第1レンズ1および像面側に強い凸面を向けた正のパワーを持つレンズとされた第2レンズ2を有している。ここで、第1レンズ1および第2レンズ2の各レンズ面を物体側から順に第1面、第2面と呼ぶこととする。そして、第1レンズ1および第2レンズ2のそれぞれ第1面および第2面のうち少なくとも1面は、非球面とされている。
【0023】
そして、第1レンズ1の第2面と第2レンズ2の第1面との間であって、第1レンズ1の第2面の近傍には、絞り3が配設されており、この絞り3より第2レンズ2の第1面寄りには、光量制限板4が配設されている。前記第2レンズ2の第2面側には、カバーガラス、IRカットフィルタ、ローパスフィルタ等の各種フィルタ5およびCCDあるいはCMOS等の撮像素子の受光面である撮像面6がそれぞれ配設されている。前記各種フィルタ5は必要に応じて省略することも可能である。
【0024】
また、本実施形態においては、前記第1レンズ1および第2レンズ2は、次の条件を満たすようになっている。
(1)4×f2 ≧f1 ≧f2
(2)1.5×fl≧f2 ≧0.9×fl
但し、flはレンズ系全体の焦点距離、f1 は第1レンズ1の焦点距離、f2 は第2レンズ2の焦点距離である。
【0025】
前記式(1)は射出瞳とセンサとの間の距離を維持してテレセントリック性を高めつつ、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正するための条件である。式(1)において、f1 が4×f2 より大きいと、2つのレンズのパワーのバランスが崩れて、コマ収差、歪曲収差の効果的な補正が困難となり、しかも、第2レンズ2の曲率が大きくなり製造が困難となる。また、f1 がf2 より小さいと、射出瞳とセンサとの間の距離を維持することができないため、テレセントリック性が極めて低くなり、センサ端部に入射する光線を有効に利用できなくなる(シェーディングの原因となる)。しかも、バックフォーカス距離の確保が困難となり、各種フィルタの挿入が不可能となる。
【0026】
また、前記式(2)はテレセントリック性を高めつつ、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正するとともに、製造性を高めるための条件である。式(2)において、f2 が1.5×flより大きいと、テレセントリック性が低下するため、センサ端部において周辺光量が低下してシェーディングの原因となる。しかも、第1レンズ1の形状が制限されて製造性が低下する。また、f2 が0.9×flより小さいと、2つのレンズのパワーのバランスが崩れて、コマ収差、歪曲収差の効果的な補正が困難となり、しかも、第2レンズ2の曲率が大きくなり製造が困難となる。
【0027】
さらに、本実施形態においては、前記第1レンズ1および第2レンズ2は、次の条件を満たすようになっている。
(3)1.1×fl≧Ad≧0.65×fl
但し、Adは第1レンズ1の第1面から第2レンズ2の第2面までの距離である。
【0028】
前記式(3)は光学系の小型化を図るとともに、テレセントリック性を高く維持しつつ、製造性を向上させるための条件である。
【0029】
式(3)において、Adが1.1×flより大きいと、光学系全体が大型化してしまい、各レンズの製造性が低下する。また、Adが0.65×flより小さいと、各レンズの小型化により、許容誤差量が小さくなり、組立が困難となる。しかも、テレセントリック性が低下し、シェーディングの原因となる。
【0030】
本実施形態においては、前記式(1)から式(3)の条件を満たすことにより、射出瞳とセンサとの間の距離を維持してテレセントリック性を高めることにより、光線の有効利用が可能となる。また、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正することができ、光学性能を向上させることができ、さらに、製造性を向上させることができるものである。
【0031】
また、第1レンズ1の第2面と第2レンズ2の第1面との間であって、第1レンズ1の第2面の近傍に絞り3を配置することにより、射出瞳とセンサとの間の距離を維持することがより確かとなり、第2レンズ2の形状等に負荷をかけることなく、テレセントリック性を高めることができる。
【0032】
なお、前記第2レンズ2を像面側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズとしてもよい。このように第2レンズ2をメニスカスレンズとすることにより、高いテレセントリック性を確保することができるとともに、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正することができる。
【0033】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図2から図11を参照して説明する。
【0034】
ここで、本実施例において、flはレンズ系全体の焦点距離(mm)、f1 は第1レンズ1の焦点距離(mm)、f2 は第2レンズ2の焦点距離(mm)、FNoはFナンバーを示す。また、rは光学面の中心曲率半径(mm)、dは光軸上における各光学面間の間隔(mm)、ndは次の光学面までの間に存在する光学材料(媒質)の屈折率、νdはアッベ数を示す。
【0035】
また、レンズの非球面の形状は、光軸方向にZ軸、光軸と垂直方向にX軸をとり、光の進行方向を正とし、k、a4 、a6 、a8 、a10を非球面係数としたとき次式で表している。
【0036】
【数1】
【0037】
<第1実施例>
図2は本発明の第1実施例を示したもので、本実施例においては、図1に示す第1実施形態の撮像レンズと同様に、第1レンズ1の第2面近傍に絞り3を配置するとともに、この絞り3と第2レンズ2の第1面との間に光量制限板4を配置している。
【0038】
なお、この第1実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【0039】
このような条件の下で、f1 /f2 =3.05となり、前記(1)式を満足するものである。また、f2 /fl=0.99となり、前記(2)式を満足するものである。
【0040】
この第1実施例の撮像レンズにおいて、球面収差、非点収差、歪曲収差を図3に示す。これによれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
<第2実施例>
図4は本発明の第2実施例を示したもので、本実施例においては、図1に示す第1実施形態の撮像レンズと同様に、第1レンズ1の第2面近傍に絞り3を配置している。
【0041】
なお、この第2実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【0042】
このような条件の下で、f1 /f2 =2.18となり、前記(1)式を満足するものである。また、f2 /fl=1.04となり、前記(2)式を満足するものである。
【0043】
この第2実施例の撮像レンズにおいて、球面収差、非点収差、歪曲収差を図5に示す。これによれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
<第3実施例>
図6は本発明の第3実施例を示したもので、本実施例においては、図1に示す第1実施形態の撮像レンズと同様に、第1レンズ1の第2面近傍に絞り3を配置するとともに、この絞り3と第2レンズ2の第1面との間に光量制限板4を配置している。
【0044】
なお、この第3実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【0045】
このような条件の下で、f1 /f2 =1.19となり、前記(1)式を満足するものである。また、f2 /fl=1.27となり、前記(2)式を満足するものである。
【0046】
この第3実施例の撮像レンズにおいて、球面収差、非点収差、歪曲収差を図7に示す。これによれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
<第4実施例>
図8は本発明の第4実施例を示したもので、本実施例においては、図1に示す第1実施形態の撮像レンズと同様に、第1レンズ1の第2面近傍に絞り3を配置している。
【0047】
なお、この第4実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【0048】
このような条件の下で、f1 /f2 =1.11となり、前記(1)式を満足するものである。また、f2 /fl=1.39となり、前記(2)式を満足するものである。
【0049】
この第4実施例の撮像レンズにおいて、球面収差、非点収差、歪曲収差を図9に示す。これによれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
<第5実施例>
図10は本発明の第5実施例を示したもので、本実施例においては、図1に示す第1実施形態の撮像レンズと同様に、第1レンズ1の第2面近傍に絞り3を配置するとともに、この絞り3と第2レンズ2の第1面との間に光量制限板を配置してある。また、本実施例においては、第2レンズ2の第1面が球面とされている。
【0050】
なお、この第5実施例の撮像レンズは以下の条件に設定されている。
【0051】
このような条件の下で、f1 /f2 =3.05となり、前記(1)式を満足するものである。また、f2 /fl=0.99となり、前記(2)式を満足するものである。
【0052】
この第5実施例の撮像レンズにおいて、球面収差、非点収差、歪曲収差を図11に示す。これによれば、球面収差、非点収差、歪曲収差のいずれもほぼ満足できる値となり、十分な光学特性を得ることができることがわかる。
【0053】
なお、本発明は前記実施形態のものに限定されるものではなく、必要に応じて種々変更することが可能である。
【0054】
【発明の効果】
以上述べたように請求項1に記載の発明に係る撮像レンズは、式(1)および式(2)の条件を満たすことにより、射出瞳と撮像面(センサ)との間の距離を維持してテレセントリック性を高めることができ、光線の有効利用が可能となる。また、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正することが可能となるため、光学性能を向上させることができ、さらに、製造性を向上させることができる。さらに、第2レンズを像面側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズとしたので、テレセントリック性を有効に確保することができ、コマ収差、歪曲収差を効果的に補正することができる。
【0055】
また、請求項2に記載の発明は、第1レンズ1と第2レンズの間であって第1レンズ1の近傍に絞りを配置するようにしたので、射出瞳と撮像面(センサ)との間の距離を維持することがより確かになり、第2レンズの形状等に負荷をかけることなく、テレセントリック性を高めることができる。
【0057】
また、請求項3に記載の発明は、第1レンズおよび第2レンズを樹脂材料により形成するとともに、第1レンズおよび第2レンズの少なくとも1面を非球面としているので、製造性を確保しつつ、高い光学性能を維持することができる等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図
【図2】本発明の撮像レンズの第1実施例を示す概略構成図
【図3】図2の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図4】本発明の撮像レンズの第2実施例を示す概略構成図
【図5】図4の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図6】本発明の撮像レンズの第3実施例を示す概略構成図
【図7】図6の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図8】本発明の撮像レンズの第4実施例を示す概略構成図
【図9】図8の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【図10】本発明の撮像レンズの第5実施例を示す概略構成図
【図11】図10の撮像レンズの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す説明図
【符号の説明】
1 第1レンズ
2 第2レンズ
3 絞り
4 光量制限板
5 各種フィルタ
6 撮像面
Claims (3)
- 物体側から、物体側に凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズとされた第1レンズ、絞り、像面側に強い凸面を向けた正のパワーを持つメニスカスレンズとされた第2レンズを順次配設し、前記第1レンズおよび第2レンズは、
(1)3.05×f2 ≧f1 ≧f2
(2)1.5×fl≧f2 ≧0.9×fl
(3)0.867fl≧Ad≧0.65fl
但し、
fl:レンズ系全体の焦点距離
f1 :第1レンズの焦点距離
f2 :第2レンズの焦点距離
Ad:第1レンズの物体側の面から第2レンズの像面側の面までの距離
の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。 - 前記絞りは、前記第1レンズと第2レンズの間であって前記第1レンズの近傍に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズ。
- 前記第1レンズおよび第2レンズは樹脂材料により形成され、これら第1レンズおよび第2レンズの少なくとも1面は、非球面であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の撮像レンズ。
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