JP3685278B2

JP3685278B2 - Imaging lens

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Publication number: JP3685278B2
Application number: JP28587196A
Authority: JP
Inventors: 博文槌田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2016-10-09
Also published as: JPH10115776A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオカメラなど電子的な撮像を行うための撮像レンズおよびそれを用いた撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、家庭用ビデオカメラやテレビ電話やカメラ付ドアホンなどに見られるように、電子的な撮像を行うためのカメラが普及してきており、これらカメラに用いられるレンズ系の小型軽量、低コスト化が大きな課題である。これらカメラに用いられるレンズ系は固定焦点距離のものでは、３〜６枚程度のレンズ構成枚数を持っているものが一般的である。このようなレンズ系の一例として、図１７に示すようなものが知られている。このようなレンズ系は、図１７に示すようにモアレを消すためのローパスフィルターや赤外カットフィルター（Ｆ）が配置されているのが一般的であり、また、接合ダブレット以外のレンズは間隔をおいて配置されている。
【０００３】
また、これらカメラに用いられるレンズ系で、簡単な構成の撮像レンズの従来例として特開平４−１９１７１６号公報に示されるように非球面単レンズを用いたものや特開昭６１−２７７９１３号公報に示されるようにアキシャル型屈折率分布レンズ（アキシャル型ＧＲＩＮレンズ）１枚で構成したものなどがある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の３〜６枚程度のレンズ構成のレンズ系は、レンズ枚数が多く、レンズを固定するための鏡枠構造も複雑なものとなり、加工・組立時に個々のレンズの偏心により性能が劣化しやすいといった欠点がある。又そのためにコスト高になるという欠点もある。
【０００５】
また、特開平４−１９１７１６号公報、特開昭６１−２７７９１３号公報などに示される従来のレンズ系は、レンズ構成は簡単であるが、レンズ系の光学的な性能が十分でないという欠点がある。特に、色収差と像面湾曲の補正が十分とは言えない。又、収差補正能力が高いと言われているラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚で撮像レンズを構成することも考えられるが、ラジアル型ＧＲＩＮレンズは、レンズ素材の作製が技術的に難しいという欠点がある。
【０００６】
本発明は、作製が容易で光学的に十分な性能を持ち、構成が簡単な撮像レンズを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像レンズは、物体側より順に、物体側に凸面を持つ正レンズと、像側に凹面を持つ負レンズと、物体側に凸面を持つ正レンズとの３枚レンズよりなり、三つのレンズが互いに接合されて一体化されたもので、二つの正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも大であり、正レンズと負レンズの屈折率を夫々Ｎ_p、Ｎ_nとするとき、下記条件を満足することを特徴とする。
（１）Ｎ_P −Ｎ_n ＞０．１
（２）１．５ｆ＜ＴＬ＜４ｆ
ただし、ＴＬはレンズ系全体の長さ、ｆはレンズ系全体の焦点距離である。また、本発明の他の撮像レンズは、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズよりなる接合レンズにて構成され、前記接合レンズが複数の接合面を有し、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも大であり、前記接合レンズには、正レンズと負レンズが隣接する形で含まれており、この互いに隣接する正レンズと負レンズの屈折率を夫々Ｎ_p、Ｎ_nとするとき、下記条件を満足することを特徴とする。
【０００８】
又、本発明のレンズ系は、物体側より順に、物体側に凸面を持つ正レンズと像側に凹面を持つ負レンズと物体側面に凸面を持つ正レンズの３枚のレンズよりなり、それらが接合されて一体化されているとともに、二つの正レンズの屈折率が前記負レンズの屈折率よりも大きいことを特徴とするもので、これにより本発明の目的を達成するレンズ系でより望ましい構成のレンズ系になし得る。
【０００９】
前記課題を解決するためには、まず撮像レンズを一つのレンズ要素だけで構成することが考えられる。このように撮像レンズを一つのレンズ要素だけで構成できれば、それを保持するための鏡枠構造も簡素化でき、組み立てや調整も容易となるという利点がある。これによって、鏡枠や組み立て調整を含めた全体での低コスト化、小型軽量化が可能なうえ、組み立て誤差の影響も少なく、光学性能を良好に保持することができる。
【００１０】
前記のように撮像レンズを一つのレンズで構成するための方法として、非球面単レンズとする方法、アキシャル型ＧＲＩＮレンズ１枚で構成する方法、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚で構成する方法などが考えられる。
【００１１】
しかし、前述のように非球面単レンズとする場合とアキシャル型ＧＲＩＮレンズ１枚で撮像レンズを構成する場合、光学的な性能が十分でないという問題がある。特に、両者とも色収差と像面湾曲の補正が十分ではない。また、ラジアル型ＧＲＩＮレンズ１枚で撮像レンズを構成すると、光学的な性能はかなり良好であるが、素材の作製が技術的に難しいという問題がある。
【００１２】
本発明は、作製技術的に確立している均質レンズのみを用いていて一つのレンズ成分よりなるレンズ系を構成するものである。
【００１３】
均質レンズからなる一つのレンズ成分で構成されるレンズでよく知られているものとして、アクロマートと呼ばれる２枚のレンズを接合した一つのレンズ成分にて構成したものが知られている。しかし、通常のアクロマートは、色収差と球面収差の補正のみに着目しているため、像面湾曲が大きく、撮像レンズにそのまま用いることは困難である。また、アクロマートで像面湾曲を良好に補正しようとすると、逆に球面収差が悪化する。つまり、通常のアクロマートでは、色収差、球面収差、像面湾曲の補正をすべて両立して補正することは困難である。
【００１４】
本発明は、まず３枚のレンズが接合されて一体化されたレンズ成分を用いることにした。従来から３枚接合レンズは存在するが、それらは、主に顕微鏡対物レンズなどで２次スペクトルを補正するために用いられるもので、低分散なガラスを使用しているため、正レンズの屈折率が低く像面湾曲の補正が十分ではない。
【００１５】
本発明の撮像レンズは、基本構成として前述のように、少なくとも２枚の正レンズと少なくとも１枚の負レンズを接合した一つの接合レンズ成分であって、正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも大になるようにしたもので、これによって色収差、球面収差、像面湾曲等の諸収差を良好に補正するようにしたものである。
【００１６】
又本発明の撮像レンズにおいて、前記接合レンズには、正レンズと負レンズが隣接する形で含まれており、この互いに隣接する正レンズと負レンズの屈折率を夫々Ｎ_p、Ｎ_nとするとき、下記条件（１）、（２）を満足することが好ましい。
【００１７】
（１）Ｎ_P −Ｎ_n ＞０．１
（２）１．５ｆ＜ＴＬ＜４ｆ
ただし、ＴＬはレンズ系全体の長さ、ｆは全系の焦点距離である。
【００１８】
本発明の撮像レンズにおいて、より望ましい構成として、前述のように、物体側より順に、物体側に凸面を持つ正レンズと像側に凹面を持つ負レンズと物体側面に凸面を持つ正レンズの３枚のレンズよりなり、それらが接合されて一体化された構成で、二つの正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも大きいことを特徴とするレンズ系にすることが望ましくい。又このより望ましい構成のレンズ系において前記条件（１）、（２）を満足することが一層望ましい。
【００１９】
まず、本発明のレンズ系を３枚のレンズにて構成する場合でレンズ系の全長を極端に長くすることなく、また各接合面で球面収差や色収差を良好に補正するためには、３枚のレンズを物体側より順に正パワー、負パワー、正パワーの順に配置することが望ましい。この場合、像面湾曲と球面収差の補正を考え、二つの正レンズの屈折率を負レンズの屈折率よりも大きくし、二つの接合面にそれぞれ正のパワーを持たせることが好ましい。
【００２０】
つまり、ペッツバール和を小さな値にして像面を良好に保つためには、ペッツバール和を与える式からもわかるように、正レンズの屈折率を大きく、負レンズの屈折率を小さくする必要がある。このとき、現実のガラス範囲の中では、通常の撮像レンズと同様に本発明レンズ系でも、像面が若干負の方向に倒れる傾向になる。そこで、球面収差はこの像面の倒れとうまくバランスさせてやる必要があり、レンズ系全体では、球面収差を若干アンダーにしてやることが望ましい。そこで、レンズ系全体に必要な正パワーを第１面、第２面（接合面）、第３面（接合面）にそれぞれ分配し、各面が正パワーを持つように構成した。これによって、各面の正パワーが極端に大きくならず、各面での球面収差の発生を小さく抑えることが出来、これにより、レンズ系全体として若干アンダーな球面収差量とし、像面湾曲とうまくバランスさせることができる。このようにすると、正レンズの第１レンズは両凸形状、負レンズの第２レンズは両凹形状、正レンズの第３レンズは物体側面が凸形状となる。
【００２１】
また、特殊な場合として、第１レンズの像側および第２レンズの物体側を平面もしくは物体側に凸な面としてもよい。このとき、第１レンズと第２レンズとの接合面がパワーレスもしくは負パワーとなるが、レンズ第１面と第３面（接合面）にパワーを分散させることにより、球面収差発生量を許容内に抑えることができる。
【００２２】
さらに、本発明のレンズ系において、像面湾曲を良好に補正するためには、前記条件（１）を満足することが望ましい。像面湾曲を良好に補正するためには、ペッツバール和を小さくする必要があり、正レンズの屈折率を大きく、負レンズの屈折率を小さくする必要があるが、良好な補正のためにはこの条件に示される屈折率の差をつけるのが望ましい。この条件（１）の範囲を超えると像面湾曲を十分補正することが困難となる。
【００２３】
ここで前述のように、本発明のレンズ系として、物体側より順に、物体側に凸面を向けた正レンズと像側に凹面を向けた負レンズと物体側に凸面を向けた正レンズ特に両凸形状の正レンズ、両凹形状の負レンズ、物体側が凸の正レンズの、正の第１レンズ、負の第２レンズ、正の第３レンズを接合したレンズ成分よりなるレンズ系においては、下記条件（１Ａ）、（１Ｂ）を満足することが望ましい。
【００２４】
（１Ａ）Ｎ₁ −Ｎ₂ ＞０．１
（１Ｂ）Ｎ₃ −Ｎ₂ ＞０．１
ただし、Ｎ₁ ，Ｎ₂ ，Ｎ₃ は夫々第１レンズ、第２レンズ、第３レンズの屈折率である。
【００２５】
上記条件（１Ａ）、（１Ｂ）におけるＮ₁ ，Ｎ₃ は、条件（１）の正レンズの屈折率Ｎ_p 、Ｎ₂ は負レンズの屈折率Ｎ_n に相当するもので、上記３枚構成の接合レンズを用いた本発明のレンズ系の場合、前記条件（１Ａ）、（１Ｂ）を満足することになる。
【００２６】
また、前記構成の本発明のレンズ系において、各面での収差発生量を小さく保ったまま全系で所定のパワーを持たせるためには、条件（２）を満足することが望ましい。この条件（２）を満足すれば各面での間隔を十分広くとることができ、各面の屈折力を極端に大きくすることなく、各収差のバランスをとることができる。この条件の下限を超えると、各面での光線の高さがあまり変化せず薄肉に近くなるため、各収差のバランスをとることが困難となる。また、上限を超えるとレンズ系が大きくなりすぎて好ましくない。
【００２７】
又、本発明のレンズ系において、色収差を良好に補正するためには下記条件（３）を満足することが望ましい。
【００２８】
（３）Ｖ_p −Ｖ_n ＞５
ただし、Ｖ_p 、Ｖ_n は前記互いに隣接する正レンズ、負レンズのアッベ数である。
【００２９】
上記条件（３）を外れると色収差の補正が困難になる。ただし、レーザー用光学系等のように、単色にて用いる場合には、条件（３）を満足しなくともよい。
【００３０】
上記条件（３）は、前述の通りの正レンズの第１レンズと負レンズの第２レンズと正レンズの第３レンズとを接合した構成の三つのレンズよりなるレンズ系の場合、第１、第２、第３レンズのアッベ数をＶ₁ ，Ｖ₂ ，Ｖ₃ とすると下記条件（３Ａ）、（３Ｂ）のように表わせることは明らかである。
【００３１】
（３Ａ）Ｖ₁ −Ｖ₂ ＞５
（３Ｂ）Ｖ₃ −Ｖ₂ ＞５
又、本発明の撮像レンズにおいて、コマ収差、非点収差は、絞り面をレンズ系第１面の近くに配置し、各面のパワー配分を調整することにより補正することができる。このとき、歪曲収差は若干負の方向に発生するが、つまり樽型の歪曲収差が発生するが、これも実用上許容される量である。
【００３２】
上記のように各面のパワーを調整してコマ収差、非点収差を良好に補正するためには、下記条件（４）、（５）、（６）を満足することが望ましい。
【００３３】
（４）０．４φ＜φ₁ ＜１．２φ
（５） −０．３φ＜φ₂ ＜０．５φ
（６）０＜φ₃ ＜０．６φ
ここで、φはレンズ系全体のパワー、φ₁ は第１面のパワー、φ₂ は第２面のパワー、φ₃ は第３面のパワーである。
【００３４】
これらの条件を超えると、各収差の良好なバランスをとることが難しくなり、光学性能が悪化する。
即ち、条件（４）、（５）、（６）の下限を超えるといずれも全系のパワーを獲得することが難しくなり、無理に全系のパワーを獲得しようとすると他の面のパワーが大になり全体としてコマ収差、非点収差が悪化する。
又、条件（４）の上限を超えると非点収差が悪化し、条件（５）の上限を超えるとコマ収差および球面収差が悪化する。又条件（６）の上限を超えるとコマ収差が悪化する。
更に、条件（５）の上限および条件（６）の上限を超えると接合面の曲率がきつくなりレンズが加工しにくく、コスト高になる。
【００３５】
以上の構成により、本発明のレンズ系は、撮像レンズとして実用上十分な収差レベルとすることができる。
【００３６】
また、これまでは３枚構成の接合レンズでの説明を行ったが、レンズ枚数を増やして４枚以上の構成にしても、光学的には同等以上の効果を得ることができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以上の本発明の撮像レンズについての、又撮像レンズを用いた撮像装置についての実施の形態を述べる。
【００３８】
まず本発明の撮像レンズの各実施例について説明する。
【００３９】
実施例１は、図１に示すように、物体側より順に、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズと物体側面が凸形状で像面側が平面形状の正レンズの３枚のレンズを接合して一体化した撮像レンズで、絞り面はレンズ第１面上に設定されている。この実施例では、無限遠方の物体に対するベスト像がレンズ最終面から距離０．７のところにできる。そのレンズデータは以下に示すものである。
ｆ＝6 mm，Ｆ／2.0 ，最大像高1.8 mm，画角２ω＝35.0°
ｒ₁ ＝6.4277（絞り）ｄ₁ ＝4.5173 ｎ₁ ＝1.72916 ν₁ ＝54.68
ｒ₂ ＝-4.3411 ｄ₂ ＝3.0845 ｎ₂ ＝1.56732 ν₂ ＝42.83
ｒ₃ ＝3.2588 ｄ₃ ＝3.1426 ｎ₃ ＝1.77250 ν₃ ＝49.60
ｒ₄ ＝∞
ＬＴ＝1.79ｆ
φ₁ ＝0.681 φ，φ₂ ＝0.224 φ，φ₃ ＝0.378 φ
このレンズ系の収差状況は図７に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。なお、図７は物体距離が無限遠方の場合を示している。
【００４０】
実施例２は、図２に示すように、物体側より順に、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズの３枚のレンズを接合して一体化した撮像レンズで、絞り面はレンズ第１面上に設定されている。この実施例は、無限遠方の物体に対するベスト像がレンズ最終面から距離０．９のところにできるように構成されており、そのレンズデータは以下に示すものである。
ｆ＝5 mm，Ｆ／2.0 ，最大像高1.8 mm，画角２ω＝41.9°
ｒ₁ ＝7.2706（絞り）ｄ₁ ＝3.6851 ｎ₁ ＝1.81600 ν₁ ＝46.62
ｒ₂ ＝-3.7802 ｄ₂ ＝2.0474 ｎ₂ ＝1.59270 ν₂ ＝35.30
ｒ₃ ＝4.1993 ｄ₃ ＝3.5654 ｎ₃ ＝1.81600 ν₃ ＝46.62
ｒ₄ ＝-13.7422
ＬＴ＝1.86ｆ
φ₁ ＝0.561 φ，φ₂ ＝0.295 φ，φ₃ ＝0.266 φ
このレンズ系の収差状況は図８に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。なお、図８は物体距離が無限遠方の場合を示している。
【００４１】
実施例３は、図３に示す構成で、物体側より順に、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズと物体側面が凸形状で像面側が平面である正レンズの３枚のレンズを接合して一体化した撮像レンズで、絞り面はレンズ第１面上に設定されている。この実施例は、距離２８０mmの物体に対するベスト像がちょうどレンズ最終面上にできるように構成され、そのレンズデータは以下に示すものである。
ｆ＝4.5 mm，Ｆ／1.8 ，最大像高1.8 mm，画角２ω＝47.6°
ｒ₁ ＝5.3757（絞り）ｄ₁ ＝3.7197 ｎ₁ ＝1.81600 ν₁ ＝46.62
ｒ₂ ＝-3.9287 ｄ₂ ＝2.8910 ｎ₂ ＝1.59270 ν₂ ＝35.30
ｒ₃ ＝2.4461 ｄ₃ ＝2.7989 ｎ₃ ＝1.81600 ν₃ ＝46.62
ｒ₄ ＝∞
ＬＴ＝2.09ｆ
φ₁ ＝0.683 φ，φ₂ ＝0.256 φ，φ₃ ＝0.411 φ
このレンズ系の収差状況は図９に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。なお、図９は物体距離が無限遠方の場合を示している。
【００４２】
実施例４は、図４に示すもので、物体側より順に、両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズと物体側面が凸形状で像面側が平面の正レンズの３枚のレンズを接合して一体化した撮像レンズで、絞り面はレンズ第１面よりも物体側に設定されている。この実施例は、距離１３０００mmの物体に対するベスト像がちょうどレンズ最終面上にできるように構成されている。そのレンズデータは以下に示すものである。
ｆ＝10 mm ，Ｆ／1.0 ，最大像高1.8 mm，画角２ω＝20.7°
ｒ₁ ＝（絞り）ｄ₁ ＝1.0000
ｒ₂ ＝11.2828 （非球面）ｄ₂ ＝5.4246 ｎ₁ ＝1.78650 ν₁ ＝50.00
ｒ₃ ＝-7.6604 ｄ₃ ＝6.2000 ｎ₂ ＝1.59270 ν₂ ＝35.30
ｒ₄ ＝8.2280 ｄ₄ ＝7.8489 ｎ₃ ＝1.78650 ν₃ ＝50.00
ｒ₅ ＝∞
非球面係数
Ｐ＝1 ，Ａ₄ ＝-9.5047 ×10^-5，Ａ₆ ＝-4.6575 ×10^-6
ＬＴ＝1.95ｆ
φ₁ ＝0.697 φ，φ₂ ＝0.253 φ，φ₃ ＝0.236 φ
このレンズ系の収差状況は図１０に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。なお、図１０は物体距離が無限遠方の場合を示している。
【００４３】
この実施例４は、Ｆ／１．０と大変明るいレンズ系となっている。この口径比を達成するために、レンズ第１面に非球面を用いていて、Ｆ／１．０と非常に明るいレンズ系にしたものである。
【００４４】
この実施例で用いる非球面は、光軸との交点を原点として光軸方向にｘ軸、これに垂直な面内にｙ軸をとるとき、次式にて表わされるものである。

【００４５】
ただし、ｒは基準球面の曲率半径、ｐ，Ａ_2iは非球面を表わす係数である。
【００４６】
この実施例４のように、レンズの口径を極端に大きくすると、全系に必要な正パワーを３つの面に分散させたとしても、球面収差の量が像面湾曲のアンダー側への倒れ量に比べてさらに大きくアンダーになる。これを補正するためには、非球面の導入が効果的であり、正のパワーが大きく絞りに近いレンズ第１面に、光軸から周辺にいくにしたがって正のパワーが減少するように非球面を構成するのが効果的である。これによって、アンダー側にでた球面収差を補正し、像面湾曲の量とうまくバランスをとることができる。
【００４７】
実施例５は、図５に示すように、物体側より順に、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正レンズと像側に凹面を向けたメニスカス形状の負レンズと物体側面が凸形状で像面側が平面の正レンズの３枚のレンズを接合して一体化した撮像レンズで、絞り面は正のメニスカスレンズの第１レンズと負のメニスカスレンズの第２レンズの間に設定されている。また、この実施例５はレンズ系の像側が樹脂でうめられている。
【００４８】
この実施例５は、距離２８０mmの物体に対するベスト像がレンズ最終面から距離１．０mm後方の樹脂内にできるように構成されており、ここで、樹脂の厚みを１．０mmにしておけば樹脂の端面が結像面となる。この実施例５のレンズデータは以下に示すものである。
ｆ＝6 mm，Ｆ／2.0 ，最大像高1.8 mm，画角２ω＝33.9°
ｒ₁ ＝4.6104 ｄ₁ ＝4.4456 ｎ₁ ＝1.72916 ν₁ ＝54.68
ｒ₂ ＝4.6314（絞り）ｄ₂ ＝2.1242 ｎ₂ ＝1.56732 ν₂ ＝42.83
ｒ₃ ＝2.8562 ｄ₃ ＝3.1426 ｎ₃ ＝1.77250 ν₃ ＝49.60
ｒ₄ ＝∞ ｄ₄ ＝1.0000 ｎ₄ ＝1.49216 ν₄ ＝57.50
ｒ₅ ＝∞
ＬＴ＝1.62ｆ
φ₁ ＝0.949 φ，φ₂ ＝-0.210φ，φ₃ ＝0.431 φ
このレンズ系の収差状況は図１１に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。なお、図１１は物体距離が無限遠方の場合を示している。
【００４９】
この実施例５は絞りが第１レンズと第２レンズの間に設定されているが、この絞りは第１レンズと第２レンズを接合する前にそのどちらかの接合面に酸化クロムなどを蒸着した遮光部分を設けておくことにより構成することができる。
【００５０】
実施例６は、図６に示すようなものであり、物体側より順に、物体側面が凸形状で像面側が平面の正レンズと物体側面が平面で像面側が凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズの３枚のレンズを接合して一体化した撮像レンズで、絞り面は第１レンズの物体側の面上に設定されている。また、この例ではレンズ系の像側が樹脂でうめられている。本実施例では、距離５３０mmの物体に対するベスト像がレンズ最終面から１．０mm後方の樹脂内にできるように構成されており、ここで、樹脂の厚みを１．０mmにしておけば樹脂の端面が結像面となる。そのレンズデータは以下に示すものである。
ｆ＝5 mm，Ｆ／2.0 ，最大像高1.8 mm，画角２ω＝35.0°
ｒ₁ ＝6.4067（絞り）ｄ₁ ＝4.5095 ｎ₁ ＝1.81600 ν₁ ＝46.62
ｒ₂ ＝∞ ｄ₂ ＝2.7438 ｎ₂ ＝1.53172 ν₂ ＝48.91
ｒ₃ ＝4.2264 ｄ₃ ＝3.9189 ｎ₃ ＝1.88300 ν₃ ＝40.78
ｒ₄ ＝-30.4102 ｄ₄ ＝1.0000 ｎ₄ ＝1.49216 ν₄ ＝57.50
ｒ₅ ＝∞
ＬＴ＝2.23ｆ
φ₁ ＝0.637 φ，φ₂ ＝0 ，φ₃ ＝0.416 φ
このレンズ系の収差状況は図１２に示すとおりであり、各収差とも良好に補正されている。なお、図１２は物体距離が無限遠方の場合を示している。
【００５１】
この実施例６は、第１レンズと第２レンズの接合面が平面であるため、レンズ加工や接合がしやすく、低コストになるという利点がある。
【００５２】
以上に示した実施例のうち、実施例１、実施例３、実施例４および実施例５は、最も像側の面（第３レンズの像側の面）が平面になっており、しかも、像面がこの面の近くに位置しており、レンズ系をＣＣＤなどの撮像素子と一体化させて撮像装置を構成する場合に大変好都合である。
【００５３】
図１３は、本発明の実施例１のレンズ系を用いて撮像レンズと撮像素子と一体化させた撮像装置の例を示したものである。この図において１はレンズ系、２は撮像素子の撮像チップ、３は撮像素子の撮像面、４は撮像素子のセラミックス基板であり、レンズ系最終面である平面の部分を保護ガラスをはずした撮像素子のセラミックス基板４に直接接着したものである。実施例１のレンズ系は、無限遠方の物体に対するベスト像がレンズ最終面後方０．７mmの位置に形成される。したがって、レンズ最終面と撮像面との間隔が０．７mmになるようにしておけば、この一体化した撮像装置により、無限遠方にある物体の像を撮像することがきる。このとき、被写界深度により無限遠方よりレンズ側にある物体でもかなり広い範囲で撮像することができる。
【００５４】
図１４は、本発明の実施例３もしくは実施例４のレンズ系を用いて撮像素子と一体化させたデバイスの例を示したもので、図中（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。図において５はレンズ系、６は撮像素子の撮像チップ、７は撮像素子の撮像面、８は撮像素子のセラミックス基板、９は撮像チップの結線部であり、レンズ系最終面である平面の部分を保護ガラスをはずした撮像素子の撮像チップ６に直接接着したものである。実施例３のレンズ系では、距離２８０mmにある物体に対するベスト像がちょうどレンズ最終面上付近にできる。また、実施例５のレンズ系の場合、距離１３０００mmにある物体に対するベスト像がちょうどレンズ最終面上付近にできる。したがって、このように撮像チップに直接接着し一体化した撮像装置により、所定の距離にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により所定の距離前後の物体もかなり広い範囲で撮像することができる。また、接着の際に、レンズの外形として結線部との干渉を避けるために、レンズの像側の部分を図に示すようにステップ状に加工している。
【００５５】
さらに、図１５は本発明の実施例５もしくは実施例６のレンズ系を用いて、レンズと撮像素子の間を樹脂でうめて一体化させた構成のものである。この図において１０はレンズ系、１１は撮像素子の撮像チップ、１２は撮像素子の撮像面、１３は撮像素子のセラミックス基板であり、レンズ系と撮像チップの間が樹脂１４でうめられている。実施例５のレンズ系では、距離２８０mmにある物体に対するベスト像がレンズ系より１mmだけ後方の樹脂内にできる。したがって、樹脂の厚みを１mmに調整しておけば、距離２８０mmにある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により距離２８０mm前後の物体もかなり広い範囲で撮像することができる。
【００５６】
この実施例５のように、レンズ系と撮像素子の間を樹脂でうめる構成をとることによりマージナル光線がレンズ後方で大きな角度を持たないようにできるため、レンズ系像側ＮＡを大きくとることができる。
【００５７】
また、実施例６のレンズ系は、距離５３０mmにある物体に対するベスト像がレンズ系より１mmだけ後方の樹脂内に形成される。したがって、樹脂の厚みを１mmに調整しておけば、距離５３０mmにある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により距離５３０mm前後の物体もかなり広い範囲で撮像することができる。この実施例６は樹脂に接するレンズ面（レンズ最終面）が曲率を持っているが、樹脂を用いれば、撮像レンズと撮像素子との一体化が容易である。
【００５８】
以上説明したように、本発明のレンズ系は、これと撮像素子とを一体化させた撮像装置を構成するときにも好適なもので、特に、レンズ最終面を平面としたものは、容易に撮像素子と一体化させることができる。
【００５９】
このとき、従来撮像レンズの後方に配置されていたローパスフィルターや赤外カットフィルターを次のようにすることにより、このようなフィルターの機能を有する撮像光学系や光学系と撮像素子を一体化させた撮像装置を構成し得る。
【００６０】
まず、赤外カットフィルターの機能を持たせるためには、例えば、図１６（Ａ）に示すようにレンズ１５を構成するガラス素材の内部に銅イオン等の赤外光を吸収する元素を含ませておく方法や、図１６（Ｂ）に示すようにレンズの表面に赤外光をカットするコーティング１６をほどこす方法などが考えられる。
【００６１】
また、ローパスフィルターの機能を持たせるためには、レンズ系の収差および回折ボケをモアレを発生させている画素ピッチ程度に大きくしておく方法や、レンズ第１面上にモアレを消すための回折パターンを構成する方法などが考えられる。
【００６２】
本発明の撮像レンズは、特許請求の範囲に記載する構成のもののほか、次の各項に記載する構成のものも本発明の目的を達成し得る。
【００６３】
（１）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載するレンズ系で、下記条件（４）、（５）、（６）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
【００６４】
（４）０．４φ＜φ₁ ＜１．２φ
（５） −０．３φ＜φ₂ ＜０．５φ
（６）０＜φ₃ ＜０．６φ
（２）特許請求の範囲の請求項１、２又は３に記載するレンズ系で、各接合面が正のパワーを持つかパワーレスレンズであることを特徴とする撮像レンズ。
【００６５】
（３）特許請求の範囲の請求項１に記載するレンズ系で、物体側より順に、物体側に凸面を持つ正レンズと、像側に凹面を持つ負レンズと、物体側に凸面を持つ正レンズとの３枚レンズよりなり、三つのレンズが互いに接合されて一体化されたもので、二つの正レンズの屈折率が負レンズの屈折率よりも大きいことを特徴とする撮像レンズ。
【００６６】
（４）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）又は（３）の項に記載するレンズ系で、最も像側の面が平面であることを特徴とする撮像レンズ。
【００６７】
（５）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）又は（４）の項に記載するレンズ系で、最も物体側のレンズの物体側の面が光軸から周辺にいくにしたがって正のパワーが減少するような非球面であることを特徴とする撮像レンズ。
【００６８】
（６）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）又は（５）の項に記載するレンズ系で、少なくとも一つのレンズの内部又は表面に赤外光カット機能を持たせたことを特徴とする撮像レンズ。
【００６９】
（７）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）又は（６）の項に記載するレンズ系で、少なくとも一つのレンズの内部又は表面にローパスフィルターの機能を持たせることを特徴とする撮像レンズ。
【００７０】
（８）特許請求の範囲の請求項１、２又は３あるいは前記の（１）、（２）、（３）、（４）、（５）、（６）又は（７）の項に記載する撮像レンズと撮像素子を一体化したことを特徴とする撮像装置。
【００７１】
（９）前記の（８）の項に記載するレンズ系で、レンズ系の像側の面付近の外周部がレンズ系全体の外形よりも小さくなるように加工したことを特徴とする撮像装置。
【００７２】
（１０）前記の（８）の項に記載する撮像装置で、撮像レンズと撮像素子とを樹脂でうめて一体化したことを特徴とする撮像装置。
【００７３】
【発明の効果】
本発明の撮像レンズは、均質レンズであることから作製が容易であり、しかも光学的にも十分な性能を有している。また、接合により撮像レンズが一つのレンズ成分として一体化されており、鏡枠構造や組み立て調整が簡単となり、組み立て誤差などの影響も少ない。レンズ構成枚数は３枚になし得るので、従来の３〜６枚構成のものに比べてレンズ系周辺を含めたトータルでは大きな部品点数の削減となり、レンズ系の小型計量、低コスト化が可能である。更に本発明の撮像レンズと撮像素子を一体化することにより、簡単な構成の撮像装置を構成し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の撮像レンズの実施例１の断面図
【図２】本発明の撮像レンズの実施例２の断面図
【図３】本発明の撮像レンズの実施例３の断面図
【図４】本発明の撮像レンズの実施例４の断面図
【図５】本発明の撮像レンズの実施例５の断面図
【図６】本発明の撮像レンズの実施例６の断面図
【図７】本発明の実施例１の収差曲線図
【図８】本発明の実施例２の収差曲線図
【図９】本発明の実施例３の収差曲線図
【図１０】本発明の実施例４の収差曲線図
【図１１】本発明の実施例５の収差曲線図
【図１２】本発明の実施例６の収差曲線図
【図１３】撮像レンズと撮像素子とを一体化させた撮像装置の構成の一例を示す図
【図１４】撮像レンズと撮像素子とを一体化させた撮像装置の構成の他の例を示す図
【図１５】撮像レンズと撮像素子とを一体化させた撮像装置の構成の更に他の例を示す図
【図１６】赤外カットフィルターの機能を持たせた撮像装置の例を示す図
【図１７】従来の撮像レンズの構成を示す図[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an imaging lens for performing electronic imaging such as a video camera and an imaging apparatus using the imaging lens.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as seen in home video cameras, videophones, camera-equipped doorphones, etc., cameras for electronic imaging have become widespread, and the lens systems used in these cameras have become smaller, lighter, and lower in cost. It is a big issue. The lens systems used for these cameras are generally those having a fixed focal length and having about 3 to 6 lens components. An example of such a lens system is shown in FIG. Such a lens system is generally provided with a low-pass filter and an infrared cut filter (F) for eliminating moire as shown in FIG. 17, and lenses other than the cemented doublet are spaced apart. Arranged.
[0003]
In addition, as a conventional example of an imaging lens having a simple configuration, a lens system used in these cameras uses an aspherical single lens as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-191716, or Japanese Patent Laid-Open No. 61-277913. As shown in FIG. 1, there is a lens composed of one axial type gradient index lens (axial GRIN lens).
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional lens system having about 3 to 6 lenses has a large number of lenses, and the structure of the lens frame for fixing the lens becomes complicated, and the performance tends to deteriorate due to the eccentricity of each lens during processing and assembly. There are disadvantages. In addition, there is a disadvantage that the cost is increased.
[0005]
Further, the conventional lens systems disclosed in JP-A-4-191716, JP-A-61-277913 and the like have a drawback that the lens system is simple but the optical performance of the lens system is not sufficient. . In particular, correction of chromatic aberration and curvature of field is not sufficient. Further, although it is conceivable to form an imaging lens with a single radial GRIN lens, which is said to have high aberration correction capability, the radial GRIN lens has a drawback that it is technically difficult to produce a lens material.
[0006]
An object of the present invention is to provide an imaging lens that is easy to manufacture, has sufficient optical performance, and has a simple configuration.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
    The imaging lens of the present invention, in order from the object side, includes three lenses, a positive lens having a convex surface on the object side, a negative lens having a concave surface on the image side, and a positive lens having a convex surface on the object side. The lenses are joined and integrated, and the refractive indexes of the two positive lenses are larger than those of the negative lenses, and the refractive indexes of the positive lens and the negative lens are set to N._p, N_nThe following conditions are satisfied.
          (1) N_P  -N_n  > 0.1
          (2) 1.5f <TL <4f
    Here, TL is the length of the entire lens system, and f is the focal length of the entire lens system. Another imaging lens according to the present invention includes a cemented lens including at least two positive lenses and at least one negative lens. The cemented lens includes a plurality of cemented surfaces, and the refractive index of the positive lens. Is larger than the refractive index of the negative lens, and the cemented lens includes a positive lens and a negative lens adjacent to each other, and the refractive indexes of the positive lens and the negative lens adjacent to each other are set to N._p, N_nWhen satisfying the following conditions:.
[0008]
The lens system of the present invention is composed of three lenses in order from the object side: a positive lens having a convex surface on the object side, a negative lens having a concave surface on the image side, and a positive lens having a convex surface on the object side. It is characterized by being joined and integrated, and characterized in that the refractive index of the two positive lenses is larger than the refractive index of the negative lens, thereby making it a more desirable configuration in the lens system that achieves the object of the present invention. Can be made into a lens system.
[0009]
In order to solve the above-mentioned problem, it is conceivable that the imaging lens is composed of only one lens element. If the imaging lens can be configured with only one lens element as described above, there is an advantage that the lens frame structure for holding the imaging lens can be simplified, and assembly and adjustment are facilitated. As a result, the overall cost including the lens frame and the assembly adjustment can be reduced, the size and weight can be reduced, and the influence of the assembly error can be reduced, and the optical performance can be satisfactorily maintained.
[0010]
As a method for configuring the imaging lens with a single lens as described above, a method of forming an aspherical single lens, a method of configuring with one axial GRIN lens, a method of configuring with a single radial GRIN lens, and the like are considered. It is done.
[0011]
However, as described above, there is a problem that optical performance is not sufficient when an aspherical single lens is used and when an imaging lens is configured by one axial GRIN lens. In particular, in both cases, correction of chromatic aberration and curvature of field is not sufficient. In addition, when an imaging lens is configured with a single radial GRIN lens, the optical performance is considerably good, but there is a problem that the production of the material is technically difficult.
[0012]
The present invention constitutes a lens system composed of a single lens component using only a homogeneous lens established in terms of manufacturing technology.
[0013]
As a well-known lens composed of a single lens component composed of a homogeneous lens, a lens composed of a single lens component formed by joining two lenses called achromat is known. However, since ordinary achromats focus only on correcting chromatic aberration and spherical aberration, the field curvature is large and it is difficult to use it as it is for an imaging lens. On the other hand, if it is attempted to satisfactorily correct the curvature of field with an achromat, the spherical aberration is worsened. That is, it is difficult to correct all chromatic aberration, spherical aberration, and field curvature in a normal achromat.
[0014]
In the present invention, first, a lens component in which three lenses are joined and integrated is used. Conventionally, there are three cemented lenses, but they are mainly used to correct the secondary spectrum with a microscope objective lens, etc., and because low dispersion glass is used, the refractive index of the positive lens. Is low and correction of curvature of field is not sufficient.
[0015]
As described above, the imaging lens of the present invention is a single cemented lens component in which at least two positive lenses and at least one negative lens are cemented as described above, and the refractive index of the positive lens is that of the negative lens. In this way, various aberrations such as chromatic aberration, spherical aberration, and curvature of field are corrected satisfactorily.
[0016]
In the imaging lens of the present invention, the cemented lens includes a positive lens and a negative lens adjacent to each other, and the refractive indexes of the positive lens and the negative lens adjacent to each other are set to N._p, N_nIt is preferable that the following conditions (1) and (2) are satisfied.
[0017]
(1) N_P -N_n > 0.1
(2) 1.5f <TL <4f
Here, TL is the length of the entire lens system, and f is the focal length of the entire system.
[0018]
In the imaging lens of the present invention, as described above, as described above, in order from the object side, a positive lens having a convex surface on the object side, a negative lens having a concave surface on the image side, and a positive lens having a convex surface on the object side surface are arranged. It is desirable to have a lens system that is composed of a single lens and is integrated by joining them, wherein the refractive index of the two positive lenses is larger than the refractive index of the negative lens. It is more desirable to satisfy the above conditions (1) and (2) in a lens system having a more desirable configuration.
[0019]
First, in the case where the lens system of the present invention is composed of three lenses, three lenses can be used to satisfactorily correct spherical aberration and chromatic aberration at each cemented surface without extremely increasing the total length of the lens system. These lenses are desirably arranged in the order of positive power, negative power, and positive power from the object side. In this case, in consideration of correction of field curvature and spherical aberration, it is preferable that the refractive indexes of the two positive lenses be larger than the refractive index of the negative lens so that the two cemented surfaces have positive power respectively.
[0020]
In other words, in order to keep the Petzval sum small and to maintain a good image surface, it is necessary to increase the refractive index of the positive lens and decrease the refractive index of the negative lens, as can be seen from the equation for giving the Petzval sum. At this time, in the actual glass range, the image plane tends to be slightly tilted in the negative direction in the lens system of the present invention as in the case of a normal imaging lens. Therefore, it is necessary to balance the spherical aberration with the tilt of the image plane, and it is desirable to make the spherical aberration slightly under the whole lens system. Therefore, the positive power required for the entire lens system is distributed to the first surface, the second surface (joint surface), and the third surface (joint surface), and each surface has positive power. As a result, the positive power of each surface does not become extremely large, and the occurrence of spherical aberration on each surface can be suppressed to a small level. Can be balanced. In this way, the first lens of the positive lens has a biconvex shape, the second lens of the negative lens has a biconcave shape, and the third lens of the positive lens has a convex shape on the object side.
[0021]
As a special case, the image side of the first lens and the object side of the second lens may be flat or convex on the object side. At this time, the cemented surface between the first lens and the second lens is powerless or negative power, but the amount of spherical aberration is allowed by dispersing power on the first surface and the third surface (joint surface) of the lens. Can be suppressed within.
[0022]
Furthermore, in the lens system of the present invention, it is desirable that the condition (1) is satisfied in order to satisfactorily correct field curvature. In order to correct the curvature of field well, it is necessary to reduce the Petzval sum, and it is necessary to increase the refractive index of the positive lens and reduce the refractive index of the negative lens. It is desirable to give the difference in refractive index indicated in the conditions. When the range of the condition (1) is exceeded, it is difficult to sufficiently correct the curvature of field.
[0023]
Here, as described above, in the lens system of the present invention, in order from the object side, a positive lens with a convex surface facing the object side, a negative lens with a concave surface facing the image side, and a positive lens with a convex surface facing the object side, in particular both In a lens system composed of a convex positive lens, a biconcave negative lens, a positive lens having a convex object side, a positive first lens, a negative second lens, and a positive third lens component, It is desirable to satisfy the following conditions (1A) and (1B).
[0024]
(1A) N₁ -N₂ > 0.1
(1B) N_Three -N₂ > 0.1
However, N₁ , N₂ , N_Three Are the refractive indices of the first lens, the second lens, and the third lens, respectively.
[0025]
N in the above conditions (1A) and (1B)₁ , N_Three Is the refractive index N of the positive lens in the condition (1)_p , N₂ Is the refractive index N of the negative lens_n In the case of the lens system of the present invention using the cemented lens having the three-lens configuration, the conditions (1A) and (1B) are satisfied.
[0026]
In the lens system of the present invention having the above-described configuration, it is desirable to satisfy the condition (2) in order to give a predetermined power to the entire system while keeping the aberration generation amount on each surface small. If this condition (2) is satisfied, the distance between the surfaces can be made sufficiently wide, and each aberration can be balanced without extremely increasing the refractive power of each surface. If the lower limit of this condition is exceeded, the height of the light beam on each surface does not change much and becomes thin, making it difficult to balance each aberration. If the upper limit is exceeded, the lens system becomes too large, which is not preferable.
[0027]
In the lens system of the present invention, it is desirable to satisfy the following condition (3) in order to correct chromatic aberration satisfactorily.
[0028]
(3) V_p -V_n > 5
However, V_p , V_n Is the Abbe number of the positive lens and the negative lens adjacent to each other.
[0029]
If the condition (3) is not satisfied, it will be difficult to correct chromatic aberration. However, the condition (3) may not be satisfied in the case of using a single color as in a laser optical system.
[0030]
The above condition (3) is defined as follows in the case of a lens system including three lenses having a configuration in which the first lens of the positive lens, the second lens of the negative lens, and the third lens of the positive lens are cemented as described above. The Abbe number of the second and third lenses is V₁ , V₂ , V_Three Then, it is clear that the following conditions (3A) and (3B) can be expressed.
[0031]
(3A) V₁ -V₂ > 5
(3B) V_Three -V₂ > 5
In the imaging lens of the present invention, coma and astigmatism can be corrected by disposing the diaphragm surface near the first surface of the lens system and adjusting the power distribution on each surface. At this time, distortion occurs in a slightly negative direction, that is, barrel distortion occurs, but this is also a practically allowable amount.
[0032]
In order to properly correct the coma and astigmatism by adjusting the power of each surface as described above, it is desirable to satisfy the following conditions (4), (5), and (6).
[0033]
(4) 0.4φ <φ₁ <1.2φ
(5) -0.3φ <φ₂ <0.5φ
(6) 0 <φ_Three <0.6φ
Where φ is the power of the entire lens system, φ₁ Is the power of the first surface, φ₂ Is the power of the second surface, φ_Three Is the power of the third surface.
[0034]
If these conditions are exceeded, it will be difficult to achieve a good balance between the aberrations, and the optical performance will deteriorate.
That is, if the lower limit of conditions (4), (5), and (6) is exceeded, it will be difficult to obtain the power of the entire system. As a whole, coma aberration and astigmatism deteriorate.
Further, when the upper limit of the condition (4) is exceeded, astigmatism deteriorates, and when the upper limit of the condition (5) is exceeded, coma aberration and spherical aberration deteriorate. If the upper limit of condition (6) is exceeded, coma will deteriorate.
Furthermore, if the upper limit of the condition (5) and the upper limit of the condition (6) are exceeded, the curvature of the cemented surface becomes tight, making it difficult to process the lens and increasing the cost.
[0035]
With the configuration described above, the lens system of the present invention can have a practically sufficient aberration level as an imaging lens.
[0036]
In addition, the description has been made with the cemented lens having the three-lens configuration, but even if the number of lenses is increased to four or more, the same or better effect can be obtained optically.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the imaging lens of the present invention described above and an imaging apparatus using the imaging lens will be described.
[0038]
First, each embodiment of the imaging lens of the present invention will be described.
[0039]
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, in order from the object side, a biconvex positive lens, a biconcave negative lens, and a positive lens whose object side surface is convex and whose image side is a planar shape are three lenses. The diaphragm surface is set on the first surface of the lens. In this embodiment, the best image for an object at infinity is formed at a distance of 0.7 from the last lens surface. The lens data is shown below.
f = 6 mm, F / 2.0, maximum image height 1.8 mm, angle of view 2ω = 35.0 °
r₁ = 6.4277 (aperture) d₁ = 4.5173 n₁ = 1.72916 ν₁ = 54.68
r₂ = -4.3411 d₂ = 3.0845 n₂ = 1.56732 ν₂ = 42.83
r_Three = 3.2588 d_Three = 3.1426 n_Three = 1.77250 ν_Three = 49.60
r_Four = ∞
LT = 1.79f
φ₁ = 0.681 φ, φ₂ = 0.224 φ, φ_Three = 0.378 φ
The aberration status of this lens system is as shown in FIG. 7, and each aberration is corrected well. FIG. 7 shows a case where the object distance is infinity.
[0040]
In the second embodiment, as shown in FIG. 2, in order from the object side, three lenses of a biconvex positive lens, a biconcave negative lens, and a biconvex positive lens are joined and integrated. In the lens, the diaphragm surface is set on the first lens surface. In this embodiment, the best image for an object at infinity is formed at a distance of 0.9 from the last lens surface, and the lens data is as follows.
f = 5 mm, F / 2.0, maximum image height 1.8 mm, angle of view 2ω = 41.9 °
r₁ = 7.2706 (aperture) d₁ = 3.6851 n₁ = 1.81600 ν₁ = 46.62
r₂ = -3.7802 d₂ = 2.0474 n₂ = 1.59270 ν₂ = 35.30
r_Three = 4.1993 d_Three = 3.5654 n_Three = 1.81600 ν_Three = 46.62
r_Four = -13.7422
LT = 1.86f
φ₁ = 0.561 φ, φ₂ = 0.295 φ, φ_Three = 0.266 φ
The aberration status of this lens system is as shown in FIG. 8, and each aberration is well corrected. FIG. 8 shows a case where the object distance is infinity.
[0041]
Example 3 has the configuration shown in FIG. 3, and in order from the object side, three lenses of a biconvex positive lens, a biconcave negative lens, and a positive lens whose object side surface is convex and whose image side is a flat surface. The diaphragm surface is set on the first surface of the lens. In this embodiment, the best image for an object with a distance of 280 mm is formed on the final lens surface, and the lens data is as follows.
f = 4.5 mm, F / 1.8, maximum image height 1.8 mm, angle of view 2ω = 47.6 °
r₁ = 5.3757 (aperture) d₁ = 3.7197 n₁ = 1.81600 ν₁ = 46.62
r₂ = -3.9287 d₂ = 2.8910 n₂ = 1.59270 ν₂ = 35.30
r_Three = 2.4461 d_Three = 2.79989 n_Three = 1.81600 ν_Three = 46.62
r_Four = ∞
LT = 2.09f
φ₁ = 0.683 φ, φ₂ = 0.256 φ, φ_Three = 0.411 φ
The aberration status of this lens system is as shown in FIG. 9, and each aberration is well corrected. FIG. 9 shows a case where the object distance is infinity.
[0042]
Example 4 is shown in FIG. 4, and in order from the object side, there are three lenses, a biconvex positive lens, a biconcave negative lens, and a positive lens whose object side surface is convex and whose image side is flat. In the imaging lens which is bonded and integrated, the diaphragm surface is set closer to the object side than the first lens surface. In this embodiment, the best image for an object having a distance of 13000 mm is formed on the final lens surface. The lens data is shown below.
f = 10 mm, F / 1.0, maximum image height 1.8 mm, angle of view 2ω = 20.7 °
r₁ = (Aperture) d₁ = 1.000
r₂ = 11.2828 (Aspherical surface) d₂ = 5.4246 n₁ = 1.78650 ν₁ = 50.00
r_Three = -7.6604 d_Three = 6.2000 n₂ = 1.59270 ν₂ = 35.30
r_Four = 8.2280 d_Four = 7.8489 n_Three = 1.78650 ν_Three = 50.00
r_Five = ∞
Aspheric coefficient
P = 1, A_Four = -9.5047 x10^-Five, A₆ = -4.6575 × 10^-6
LT = 1.95f
φ₁ = 0.697 φ, φ₂ = 0.253 φ, φ_Three = 0.236 φ
The aberration status of this lens system is as shown in FIG. 10, and each aberration is well corrected. FIG. 10 shows the case where the object distance is infinitely far.
[0043]
Example 4 has a very bright lens system of F / 1.0. In order to achieve this aperture ratio, an aspherical surface is used for the first lens surface, and the lens system is very bright as F / 1.0.
[0044]
The aspherical surface used in this embodiment is expressed by the following equation when the x-axis is taken in the direction of the optical axis with the intersection with the optical axis as the origin, and the y-axis is taken in a plane perpendicular thereto.

[0045]
Where r is the radius of curvature of the reference sphere, p, A_2iIs a coefficient representing an aspherical surface.
[0046]
When the aperture of the lens is extremely increased as in Example 4, even if the positive power necessary for the entire system is distributed over the three surfaces, the amount of spherical aberration falls to the under side of the curvature of field. Compared to, it becomes much bigger under. In order to correct this, it is effective to introduce an aspherical surface, and the aspherical surface is designed so that the positive power decreases from the optical axis toward the periphery on the first lens surface having a large positive power and close to the stop. Is effective. As a result, the spherical aberration on the underside can be corrected, and the amount of curvature of field can be well balanced.
[0047]
In Example 5, as shown in FIG. 5, in order from the object side, a meniscus positive lens having a convex surface facing the object side, a meniscus negative lens having a concave surface facing the image side, and an object side surface having a convex shape. The imaging lens is formed by joining and integrating three positive lens elements having a flat surface side, and the diaphragm surface is set between the first lens of the positive meniscus lens and the second lens of the negative meniscus lens. In Example 5, the image side of the lens system is filled with resin.
[0048]
In Example 5, the best image for an object with a distance of 280 mm can be formed in the resin at a distance of 1.0 mm behind the last lens surface. Here, if the resin thickness is 1.0 mm, The end surface of is the image plane. The lens data of Example 5 is as follows.
f = 6 mm, F / 2.0, maximum image height 1.8 mm, angle of view 2ω = 33.9 °
r₁ = 4.6104 d₁ = 4.4456 n₁ = 1.72916 ν₁ = 54.68
r₂ = 4.6314 (aperture) d₂ = 2.1242 n₂ = 1.56732 ν₂ = 42.83
r_Three = 2.8562 d_Three = 3.1426 n_Three = 1.77250 ν_Three = 49.60
r_Four = ∞ d_Four = 1.0000 n_Four = 1.49216 ν_Four = 57.50
r_Five = ∞
LT = 1.62f
φ₁ = 0.949 φ, φ₂ = -0.210φ, φ_Three = 0.431 φ
The aberration status of this lens system is as shown in FIG. 11, and each aberration is well corrected. FIG. 11 shows the case where the object distance is infinitely far.
[0049]
In Example 5, the diaphragm is set between the first lens and the second lens, but before the first lens and the second lens are joined, this diaphragm is vapor-deposited on one of the joint surfaces. It can be configured by providing the light shielding portion.
[0050]
Example 6 is as shown in FIG. 6, and in order from the object side is a positive lens having a convex shape on the object side and a flat surface on the image side, a negative lens having a flat surface on the object side and a concave shape on the image side, and biconvex. An imaging lens in which three lenses of a positive lens having a shape are joined and integrated, and the diaphragm surface is set on the object side surface of the first lens. In this example, the image side of the lens system is filled with resin. In this embodiment, the best image for an object with a distance of 530 mm is formed in the resin 1.0 mm behind the last lens surface. Here, if the resin thickness is 1.0 mm, the end face of the resin Becomes the imaging plane. The lens data is shown below.
f = 5 mm, F / 2.0, maximum image height 1.8 mm, angle of view 2ω = 35.0 °
r₁ = 6.4067 (aperture) d₁ = 4.5095 n₁ = 1.81600 ν₁ = 46.62
r₂ = ∞ d₂ = 2.7438 n₂ = 1.53172 ν₂ = 48.91
r_Three = 4.2264 d_Three = 3.9189 n_Three = 1.88300 ν_Three = 40.78
r_Four = -30.4102 d_Four = 1.0000 n_Four = 1.49216 ν_Four = 57.50
r_Five = ∞
LT = 2.23f
φ₁ = 0.637 φ, φ₂ = 0, φ_Three ＝ 0.416 φ
The aberration status of this lens system is as shown in FIG. 12, and each aberration is well corrected. FIG. 12 shows a case where the object distance is infinitely far.
[0051]
The sixth embodiment is advantageous in that the first lens and the second lens have a flat cementing surface, which facilitates lens processing and cementing and reduces costs.
[0052]
Among the examples shown above, in Example 1, Example 3, Example 4 and Example 5, the most image side surface (image side surface of the third lens) is a plane, The image plane is located in the vicinity of this plane, which is very convenient when an imaging apparatus is configured by integrating a lens system with an imaging element such as a CCD.
[0053]
FIG. 13 shows an example of an image pickup apparatus in which an image pickup lens and an image pickup element are integrated using the lens system of Embodiment 1 of the present invention. In this figure, 1 is a lens system, 2 is an image pickup chip of an image pickup device, 3 is an image pickup surface of the image pickup device, 4 is a ceramic substrate of the image pickup device, and an image obtained by removing the protective glass from the plane portion which is the final surface of the lens system It is directly bonded to the ceramic substrate 4 of the element. In the lens system of Example 1, the best image for an object at infinity is formed at a position 0.7 mm behind the last lens surface. Therefore, if the distance between the final lens surface and the imaging surface is set to 0.7 mm, an image of an object at infinity can be captured by this integrated imaging device. At this time, an object on the lens side from an infinite distance can be imaged in a considerably wide range due to the depth of field.
[0054]
FIG. 14 shows an example of a device integrated with an image sensor using the lens system of Example 3 or Example 4 of the present invention, in which (A) is a side view and (B) is a plan view. FIG. In the figure, 5 is a lens system, 6 is an image pickup chip of the image pickup device, 7 is an image pickup surface of the image pickup device, 8 is a ceramic substrate of the image pickup device, 9 is a connection portion of the image pickup chip, and a plane portion which is the final surface of the lens system Is directly bonded to the image pickup chip 6 of the image pickup element from which the protective glass is removed. In the lens system of Embodiment 3, the best image for an object at a distance of 280 mm can be formed in the vicinity of the final lens surface. In the case of the lens system of Example 5, the best image for an object at a distance of 13000 mm can be formed near the final lens surface. Therefore, an image of an object at a predetermined distance can be taken by the imaging device directly bonded and integrated with the imaging chip in this way. At this time, an object around a predetermined distance can be imaged in a considerably wide range depending on the depth of field. Further, at the time of bonding, in order to avoid interference with the connection portion as the outer shape of the lens, the image side portion of the lens is processed into a step shape as shown in the figure.
[0055]
Furthermore, FIG. 15 shows a configuration in which the lens system and the image sensor are integrated with resin by using the lens system of Example 5 or Example 6 of the present invention. In this figure, 10 is a lens system, 11 is an image pickup chip of an image pickup element, 12 is an image pickup surface of the image pickup element, 13 is a ceramic substrate of the image pickup element, and a resin 14 is interposed between the lens system and the image pickup chip. In the lens system of Example 5, the best image for an object at a distance of 280 mm can be formed in the resin behind the lens system by 1 mm. Therefore, if the thickness of the resin is adjusted to 1 mm, an image of an object at a distance of 280 mm can be taken. At this time, an object having a distance of about 280 mm can be captured in a considerably wide range depending on the depth of field.
[0056]
As in the fifth embodiment, a configuration in which the lens system and the image pickup element are filled with resin can prevent the marginal light beam from having a large angle behind the lens, so that the lens system image side NA can be increased. it can.
[0057]
In the lens system of Example 6, the best image for an object at a distance of 530 mm is formed in the resin behind the lens system by 1 mm. Therefore, if the thickness of the resin is adjusted to 1 mm, an image of an object at a distance of 530 mm can be taken. At this time, an object having a distance of about 530 mm can be imaged in a considerably wide range depending on the depth of field. In Example 6, the lens surface (lens final surface) in contact with the resin has a curvature, but if the resin is used, the imaging lens and the imaging element can be easily integrated.
[0058]
As described above, the lens system of the present invention is also suitable when configuring an image pickup apparatus in which the lens system and the image pickup device are integrated. It can be integrated with the image sensor.
[0059]
At this time, an imaging optical system or an optical system having such a filter function is integrated with an imaging element by using a low-pass filter and an infrared cut filter that are arranged behind the conventional imaging lens as follows. An imaging apparatus can be configured.
[0060]
First, in order to provide the function of an infrared cut filter, for example, as shown in FIG. 16A, an element that absorbs infrared light such as copper ions is included in the glass material constituting the lens 15. And a method of applying a coating 16 for cutting infrared light on the surface of the lens as shown in FIG.
[0061]
In addition, in order to provide a low-pass filter function, a method of increasing the aberration and diffraction blur of the lens system to about the pixel pitch generating the moire or a diffraction for eliminating the moire on the first surface of the lens. A method of forming a pattern can be considered.
[0062]
The imaging lens of the present invention can achieve the object of the present invention in addition to the structure described in the claims, and the structure described in the following items.
[0063]
(1) An imaging lens characterized by satisfying the following conditions (4), (5), and (6) in the lens system according to

claim

1, 2 or 3.
[0064]
(4) 0.4φ <φ₁ <1.2φ
(5) -0.3φ <φ₂ <0.5φ
(6) 0 <φ_Three <0.6φ
(2) An imaging lens according to

claim

1, 2 or 3, wherein each cemented surface has a positive power or is a powerless lens.
[0065]
(3) In the lens system according to claim 1, in order from the object side, a positive lens having a convex surface on the object side, a negative lens having a concave surface on the image side, and a positive lens having a convex surface on the object side. An imaging lens comprising three lenses and a lens, in which three lenses are joined together and integrated, and the refractive index of two positive lenses is larger than the refractive index of a negative lens.
[0066]
(4) In the lens system according to

claim

1, 2 or 3 of the claims or the item (1), (2) or (3), the surface closest to the image side is a flat surface. An imaging lens.
[0067]
(5) In the lens system according to

claim

1, 2 or 3, or (1), (2), (3) or (4), the object side of the lens closest to the object side An imaging lens, wherein the surface is an aspherical surface in which positive power decreases as it goes from the optical axis to the periphery.
[0068]
(6) At least one lens in the lens system according to

claim

1, 2 or 3 of the claims or the item (1), (2), (3), (4) or (5) An imaging lens characterized by having an infrared light cut function inside or on the surface thereof.
[0069]
(7) In the lens system according to

claim

1, 2 or 3, or (1), (2), (3), (4), (5) or (6), An imaging lens having a low-pass filter function in or on at least one lens.
[0070]
(8) It is described in

claim

1, 2 or 3 of the claims, or in the item (1), (2), (3), (4), (5), (6) or (7). An imaging apparatus, wherein an imaging lens and an imaging element are integrated.
[0071]
(9) In the lens system described in the above item (8), an image pickup apparatus processed so that an outer peripheral portion in the vicinity of an image side surface of the lens system is smaller than an outer shape of the entire lens system.
[0072]
(10) An image pickup apparatus according to (8), wherein the image pickup lens and the image pickup element are integrated with resin.
[0073]
【The invention's effect】
Since the imaging lens of the present invention is a homogeneous lens, it can be easily manufactured and has sufficient optical performance. In addition, the imaging lens is integrated as a single lens component by bonding, so that the lens frame structure and assembly adjustment are simplified, and the influence of assembly errors is small. Since the number of lenses can be reduced to three, the total number of parts, including the periphery of the lens system, can be greatly reduced compared to the conventional three-to-six lens structure, and the lens system can be reduced in size and cost. is there. Furthermore, by integrating the imaging lens and the imaging device of the present invention, an imaging device having a simple configuration can be configured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of Embodiment 1 of an imaging lens of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of Embodiment 2 of the imaging lens of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of Embodiment 3 of the imaging lens of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of Embodiment 4 of the imaging lens of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of Embodiment 5 of the imaging lens of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view of Embodiment 6 of the imaging lens of the present invention.
FIG. 7 is an aberration curve diagram of Example 1 of the present invention.
FIG. 8 is an aberration curve diagram of Example 2 of the present invention.
FIG. 9 is an aberration curve diagram of Example 3 of the present invention.
FIG. 10 is an aberration curve diagram of Example 4 of the present invention.
FIG. 11 is an aberration curve diagram of Example 5 of the present invention.
FIG. 12 is an aberration curve diagram of Example 6 of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a configuration of an imaging apparatus in which an imaging lens and an imaging element are integrated.
FIG. 14 is a diagram illustrating another example of a configuration of an imaging apparatus in which an imaging lens and an imaging element are integrated.
FIG. 15 is a diagram showing still another example of a configuration of an imaging apparatus in which an imaging lens and an imaging element are integrated.
FIG. 16 is a diagram showing an example of an imaging apparatus having an infrared cut filter function
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of a conventional imaging lens.

Claims

In order from the object side, it consists of three lenses: a positive lens with a convex surface on the object side, a negative lens with a concave surface on the image side, and a positive lens with a convex surface on the object side. The refractive index of the two positive lenses is larger than the refractive index of the negative lens, and when the refractive indexes of the positive lens and the negative lens are N _p and N _n respectively, the following conditions must be satisfied: An imaging lens characterized by.
(1) N _P −N _n > 0.1
(2) 1.5f <TL <4f
Here, TL is the length of the entire lens system, and f is the focal length of the entire lens system.

The imaging lens according to claim 1 , wherein the following condition is satisfied.
(3) V _p −V _n > 5
V _p and V _n are Abbe numbers of the positive lens and the negative lens adjacent to each other.

The imaging lens according to claim 1 , wherein the following condition is satisfied.
(4) 0.4φ <φ ₁ <1.2φ
(5) -0.3φ <φ ₂ <0.5φ
(6) 0 <φ ₃ <0.6φ
Here, φ is the power of the entire lens system, φ ₁ is the power of the first surface, φ ₂ is the power of the second surface, and φ ₃ is the power of the third surface.

2. The imaging lens according to claim 1 , wherein each cemented surface has a positive power or is a powerless lens.

Most imaging lens according to claim 1, the image-side surface is characterized in that it is a plane.

2. The imaging lens according to claim 1 , wherein the object side surface of the lens closest to the object side is an aspherical surface whose positive power decreases as going from the optical axis to the periphery.

At least one of the imaging lens according to claim 1, characterized in that gave an infrared light cutting function in or on the lens.

2. The imaging lens according to claim 1 , wherein a function of a low-pass filter is provided in or on the surface of at least one lens.

An image pickup apparatus, wherein the image pickup lens according to claim 1 and an image pickup element are integrated.

10. The imaging apparatus according to claim 9 , wherein an outer peripheral portion in the vicinity of an image side surface of the imaging lens system is processed so as to be smaller than an outer shape of the entire lens system.

The image pickup apparatus according to claim 9 , wherein the image pickup lens and the image pickup element are integrated with resin.