JP3908700B2 - 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、ビデオカメラ等の電子的な撮像を行なうための撮像レンズおよびこの撮像レンズ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等にみられるように、電子的な撮像を行なうためのカメラが普及している。これらカメラに用いるレンズ系は、小型軽量化、低コスト化が大きな課題である。これらカメラに用いるレンズ系は、固定焦点距離のものでは、3〜6枚程度のレンズにて構成されるのが一般的である。
【0003】
前記の電子的な撮像を行なうためのカメラに用いられるレンズ系のうち、固定焦点距離のレンズ系の従来例として、図19に示す通りの構成のものが知られており、このレンズ系LSはその像側にモアレを消すためのローパスフィルターF1や赤外カットフィルターF2が配置されるのが一般的である。
【0004】
又、前記の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号公報に記載されているような非球面レンズを用いたものや特開昭61−277913号公報に記載されたレンズ系のようにアキシャル型GRINレンズ1枚にて構成したものや、特開昭60−140307号公報、特開昭61−5221号公報に記載されているレンズ系のように、ラジアル型GRINレンズ1枚にて構成したものなどがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例のうち、3〜6枚のレンズにて構成されたレンズ系は、レンズ枚数が多くレンズを固定するための鏡枠構成も複雑であるためコスト高になる。又、加工・組立時に、個々のレンズの偏芯によって性能が劣化しやすいといった問題点を有する。
【0006】
又特開平4−191716号公報、特開昭61−277913号公報等に記載されたレンズ系は、レンズ構成は簡単であるが、特に色収差と像面湾曲の補正が十分ではなく、光学的性能が十分良好であるとはいえない。
【0007】
又特開昭60−140307号公報、特開昭61−5221号公報に記載されているラジアル型GRINレンズ1枚にて構成したものは、非点収差の発生量が大であり、色収差の補正については考慮されていない。
【0008】
本発明は、構成が簡単であって光学性能が良好な撮像レンズを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の撮像レンズは、物体側が凹面で全体として正の屈折力を有するラジアル型屈折率分布レンズ(GRINレンズ)よりなり、その物体側の面の近傍に光束を制限するための明るさ絞りを有するもので、ラジアル型GRINレンズが次の条件(1),(2),(3)を満足することを特徴とする。
(1) −1<φs1/φ<0
(2) −2<d・φ<0.5
(3) −0.015<1/V1 <0.015
ただし、φs1はラジアル型屈折率分布レンズの物体側の面の屈折力、φはラジアル型屈折率分布レンズの全体の屈折力、dは明るさ絞りのレンズ物体面からの光軸方向の距離、V1 はラジアル型GRINレンズの媒質のアッベ数を表わす係数である。
【0010】
本発明は、光学的に能力の高いラジアル型GRINレンズ1枚で撮像レンズを構成するようにしたものである。このように撮像レンズをラジアル型GRINレンズ1枚にて構成すれば簡単な構成であり、レンズ要素自体を低コストになし得るうえ、レンズを保持する鏡枠構成も簡素化でき、組立てや調整も容易であるという利点がある。これによって、鏡枠や組立て調整も含めて全体の低コスト化および小型軽量化が可能になる上、組立て誤差の影響が少なく、良好な光学性能を保つことが出来る。
【0011】
ラジアル型GRINレンズは、媒質が光軸に垂直な方向に屈折率の分布を有しており、その屈折率分布n(r) は、次の式(a)にて表わされる。
n(r) =N0 +N1 r2 +N2 r4 +N3 r6 +・・・ (a)
ここで、N0 は光軸上の屈折率、Ni (i=1,2,3・・・)は屈折率分布を表わす係数、rは光軸から垂直方向への距離である。
【0012】
また、ラジアル型GRINレンズのアッベ数は、次の式(b),(c)にて与えられる。
V0 =(N0d−1)/(N0F−N0C) (b)
Vi =Nid/(NiF−NiC) (c)
表わす係数で、したがってN0d,N0F,N0Cは夫々d線,F線,C線に対する光軸上の屈折率、Nid,NiF,NiCは夫々d線,F線,C線に対する2i次の屈折率分布係数である。
【0013】
本発明は、実際の撮像レンズの場合、若干の像面湾曲と、若干の歪曲収差は許容されることに着目し、ラジアル型GRINレンズ1枚で撮像レンズにて実用上許容される範囲内に収差の補正されたレンズ系を実現することを目的としてなされたものである。
【0014】
ラジアル型GRINレンズ1枚にて撮像レンズを構成しようとする場合、像面湾曲、非点収差、球面収差、色収差の補正が問題である。
【0015】
まず、像面湾曲を良好に補正するためにはペッツバール和を補正する必要がある。
【0016】
ラジアル型GRINレンズのペッツバール和PTZは、次の式(d)にて表わされる。
PTZ=(φs /N0 )+(φm /N0 2) (d)
ここでφs はラジアル型GRINレンズの面の屈折力、φm はラジアル型GRINレンズの媒質の屈折力である。
【0017】
上記式(d)より、ラジアル型GRINレンズの媒質に正の屈折力を持たせることによりペッツバール和PTZを小さくすることが出来ることがわかる。
【0018】
本発明は、実際の撮像レンズにおいて、特に球面収差と像面湾曲とのバランスとを考えて、若干の負の像面湾曲を残すようにした。そのためには、面に負の屈折力を持たせる必要があるが、軸外収差特に非点収差の補正を考慮して、面に必要な屈折力を主として物体側の面に持たせるようにした。
【0019】
そのため、本発明の撮像レンズは、前記条件(1)を満足するようにした。これによりペッツバール和を適度に小にして像面を良好に保つとともに他の収差とのバランスをとるようにした。
【0020】
条件(1)の下限の−1を越えるとペッツバール和が正で大になり、また上限の0を超えるとペッツバール和が負になるうえ他の収差とのバランスを保つことが難しくなる。
【0021】
また、本発明の撮像レンズは、非点収差を良好に補正するために前述のようにラジアル型GRINレンズの物体側の面の近傍に明るさ絞りを配置し前記の条件(2)を満足するようにした。
【0022】
この条件(2)は、明るさ絞りの位置を規定するもので、この条件(2)に示す範囲に絞りを配置すれば、非点収差を良好に補正することができる。
【0023】
この条件(2)の下限の−2を超えると、メリディオナル像面が負の方向に大きく倒れ、又上限の0.5を超えると逆にメリディオナル像面が正の方向へ大きく倒れ非点収差が悪化する。
【0024】
又、本発明の撮像レンズにおいて、色収差特に倍率の色収差を良好に補正するためには、媒質のアッベ数V1 が前記条件(3)を満足することが望ましい。
【0025】
本発明の撮像レンズのような構成のレンズ系において、前記条件(1),(2)を満足すれば、各面で発生する倍率の色収差を小さくすることが可能である。したがって本発明の撮像レンズ全体での倍率の色収差を小さくするためには、媒質での倍率の色収差の発生を小さく抑えればよい。そのための条件が前記条件(3)である。
【0026】
この条件(3)の上限の0.015を超えると、媒質での色収差の発生が大になり全体での倍率の色収差が過大になり好ましくない。又下限の−0.015を超えると、逆に倍率の色収差が補正過剰になる。
【0027】
次に、本発明の撮像レンズにおいて、球面収差を像面と良好にバランスさせるためには、次の条件(4)を満足することが好ましい。
(4) −0.2<N2 /φ4 <0.016
【0028】
ラジアル型GRINレンズの4次の屈折率分布係数N2 を変化させることによって、レンズ系全系のパワー配置を変化させることなしに、球面収差をコントロールすることができるが、像面湾曲の度合いから考えると、球面収差は若干アンダー側に出しておいた方が、結像画面中心と周辺との像位置をそろえ得るので好ましい。そのため、物体側の凹面で発生する球面収差をも考慮して設定したのが前記条件(4)である。
【0029】
条件(4)の下限の−0.2を超えると球面収差がアンダー側に過大になり又上限の0.016を超えると球面収差がオーバー側に過大になる。
【0030】
又、本発明の撮像レンズにおいて、ラジアル型GRINレンズの像側の面は、平面又はゆるい曲率の面であることが、非点収差を良好に補正する上では望ましい。具体的には、この像側の面の屈折力φs2は、下記条件(5)を満足することが望ましい。
(5) −0.1<φs2/φ<0.2
この条件(5)の上限の0.2を超えても又下限の−0.1を超えても、この面の屈折力が強くなり、非点収差を良好に補正することが困難になる。
【0031】
本発明の撮像レンズにおいて、ラジアル型GRINレンズの物体側の面のパワーを強くしすぎると、全系のパワーを保つために媒質の屈折率勾配を大きくしなければならなくなる。そのために最大屈折率差Δnが大きくなりすぎて素材の作製が難しくなる。この素材作製の容易さを考慮した場合、前記条件(1)の代りに下記条件(1−1)を満足することが好ましい。
(1−1) −0.7<φs1/φ<0
この条件(1−1)の下限を超えるとラジアル型GRINレンズの素材作製が難しくなる。
【0032】
又、本発明の撮像レンズを画素数の多い撮像素子に用いる場合には球面収差を更に小さく抑える必要がある。そのためには、条件(4)の代りに下記条件(4−1)を満足することが望ましい。
(4−1) −0.1<N2 /φ4 <0.01
【0033】
また、画素数の多い撮像素子を用いる場合において、倍率の色収差を更に小さく抑えるためには、条件(3)の代りに下記条件(3−1)を満足することが望ましい。
(3−1) −0.01<1/V1 <0.01
【0034】
以上に説明した条件を満足するようにすると、歪曲収差が若干負の方へ出ていわゆる樽型の歪曲収差になるが、実用上は許容されるレベルである。又この歪曲収差を小さくする必要がある場合は、電気的に補正することも可能である。
【0035】
以上述べた本発明の撮像レンズは、ラジアル型GRINレンズのみにて構成したものである。しかし、物体側面が凹面である凹平の均質レンズと、物体側の面が平面のラジアル型GRINレンズを接合したレンズにて構成してもよい。
【0036】
上記のような均質レンズとラジアル型GRINレンズを接合した全体で正の屈折力の接合レンズで、接合レンズの最も物体側の面の近傍に光束を制限する明るさ絞りを有する撮像レンズにおいても、前記条件(1),(2),(3)を満足することが望ましい。ここで条件(1)はラジアル型GRINレンズの物体側の面ではなく、均質レンズの物体側の凹面がこの条件を満足する必要がある。したがって、前記のようにレンズ系を均質レンズとラジアル型GRINレンズとを接合した接合レンズにて構成した場合、最も物体側の面(均質レンズの物体側の凹面)の屈折力をφsh1 とすると、下記条件(6),(2),(3)を満足することが望ましい。
(6) −1<φsh1 /φ<0
(2) −2<d・φ<0.5
(3) −0.015<1/V1 <0.015
【0037】
上記条件のうち、条件(6)の代りに下記条件(6−1)を満足すればより望ましい。
(6−1) −0.7<φsh1 <0
又これら条件に加えて条件(5)を満足することが望ましい。
【0038】
又、撮像素子の画素数が多い場合は、前述のように条件(3)の代りに条件(3−1)を満足することが望ましい。
【0039】
上記構成の撮像レンズの場合、N2 /φ4 の値は、条件(4)又は条件(4−1)の代りに下記条件(4−2)を満足することが望ましい。
(4−2) −0.23<N2 /φ4 <−0.01
【0040】
レンズ凹面で発生する球面収差は、均質レンズとラジアル型GRINレンズとでは異なったものになる。
通常凹面では正の球面収差が発生するため、全系での球面収差をオーバー側に補正するように働く。しかし、本発明で用いるラジアル型GRINレンズを凹面にした場合、屈折率分布の影響で、この凹面で発生する球面収差は、正の球面収差量が小であるか負の球面収差になる。したがってラジアル型GRINレンズの凹面を均質レンズの凹面に置き換えた場合には、面では通常の凹面で発生する球面収差のように正の球面収差が発生するために全系での球面収差は正の側にシフトすることになる。
【0041】
そのため、全体のバランスをとるためには、N2 /φに関する条件は、条件(4)や条件(4−1)ではなく前記条件(4−2)であることが望ましい。
【0042】
前記の接合レンズを含む本発明の撮像レンズにおいて、条件(4−2)の下限を超えると球面収差がアンダー側に過大になり、又上限を超えるとオーバー側に過大になる。
【0043】
以上述べた本発明の撮像レンズを構成するラジアル型GRINレンズ単体又は均質レンズとラジアル型GRINレンズを接合した接合レンズ単体にて用いるが、これを複数のレンズよりなるレンズ系の一部として用いることも可能である。例えば本発明のレンズ系のラジアル型GRINレンズの物体側にアフォーカルコンバーターを配置した構成のレンズ系は極めて容易に実現し得る。
【0044】
又本発明の撮像レンズで用いるラジアル型GRINレンズは、単レンズでも複数のラジアル型GRINレンズを貼合わせたレンズにすることも可能である。しかし単レンズにて構成することが、製造が容易であり安価であるので好ましい。
【0045】
以上述べた本発明の撮像レンズの各構成のレンズ系に、撮像素子を設けることによって、例えば後に示す実施の形態において説明するような本発明の撮像装置を構成し得る。
【0046】
【発明の実施の形態】
次に本発明の撮像レンズおよび撮像装置の実施の形態を説明する。
【0047】
先ず、本発明の撮像レンズの実施の形態を各実施例にもとづいて述べる。
【0048】
実施例1は、図1に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面であるラジアル型GRINレンズGよりなり、明るさ絞りSはレンズGの物体側面上に設けられている。又Iは結像面である。
【0049】
この実施例1のレンズデーターは次に示す通りである。
f=6 ,F/2.0 ,最大像高1.8 ,画角2ω=35.0°,fB =0.05
r1 =-12.5053(絞り) d1 =19.8761 n1 (GRINレンズ)
r2 =∞
GRINレンズ
N0 =1.664 ,N1 =-7.50 ×10-3,N2 =0
V0 =38.2,V1 =655
φS1/φ=-0.32 ,φS2/φ=0 ,d・φ=0 ,1/V1 ==0.002
N2 /φ4 =0
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図7に示すとうりであり、各収差とも良好に補正されている。
【0050】
実施例2は、図2に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面のラジアル型GRINレンズGより構成されている。明るさ絞りSはレンズ物体側面よりもさらに物体側に位置している。又Iは結像面であり、レンズの像側は樹脂Pでうめられている。この実施例2のレンズデーターは、次に示す通りである。
f=6 ,F/1.0 ,最大像高1.5 ,画角2ω=28.8°,fB =0.0
r1 =∞(絞り) d1 =5.0
r2 =-300.0 d2 =14.9300 n1 (GRINレンズ)
r3 =∞ d3 =1.0 n2 =1.49216 ν2 =57.5
GRINレンズ
N0 =1.70,N1 =-8.2716 ×10-3,N2 =1.1257×10-5
V0 =50.0,V1 =1000.0,V2 =1000.0
φS1/φ=-0.014,φS2/φ=0 ,d・φ=-0.83 ,1/V1 ==0.001
N2 /φ4 =0.015
このレンズ系の無限遠方の場合の収差状況は図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。また、このレンズ系はFナンバーが1.0と明るいレンズである。
【0051】
実施例3は、図3に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面であるラジアル型GRINレンズGよりなり、明るさ絞りSはレンズ内部に設けられている。Iは結像面である。この実施例3のレンズデーターは、次に示す通りである。
f=4 ,F/4.0 ,最大像高1.5 ,画角2ω=44.9°,fB =1.0
r1 =-4.5815 d1 =1.0 n1 (GRINレンズ)
r2 =∞(絞り) d2 =14.5548 n2 (GRINレンズ)
r3 =∞
GRINレンズ
N0 =1.664 ,N1 =-1.33 ×10-2,N2 =-8.0×10-5
V0 =38.2,V1 =655 ,V2 =655
φS1/φ=-0.58 ,φS2/φ=0 ,d・φ=0.2 ,1/V1 ==0.002
N2 /φ4 =-0.20
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図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。
【0052】
実施例4は、図4に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が平面であるラジアル型GRINレンズGよりなり、明るさ絞りSはレンズ物体側面上に設けられている。又Cは撮像素子の保護ガラス、Iは結像面である。この実施例4のレンズデーターは、次の通りである。
f=5 ,F/2.8 ,最大像高1.2 ,画角2ω=27.9°,fB =1.0
r1 =-50.0 (絞り) d1 =8.6355 n1 (GRINレンズ)
r2 =∞ d2 =1.0 n2 =1.51633 ν2 =64.15
r3 =∞
GRINレンズ
N0 =1.55,N1 =-1.52383×10-2,N2 =-2.2319 ×10-4
V0 =55.0,V1 =-100.0,V2 =-100.0
φS1/φ=-0.055,φS2/φ=0 ,d・φ=0 ,1/V1 ==-0.01
N2 /φ4 =-0.014
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図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。
【0053】
実施例5は、図5に示すように、物体側の面が凹面で像側の面が凸面であるラジアル型GRINレンズよりなり、明るさ絞りSはレンズ物体側面上に設けられている。Iは結像面で、レンズと結像面Iの間は樹脂Pでうめられている。この実施例5のレンズデーターは、次の通りである。
f=4 ,F/2.0 ,最大像高1.2 ,画角2ω=35.2°,fB =0.0
r1 =-4.8476 (絞り) d1 =15.8743 n1 (GRINレンズ)
r2 =-20.0 d2 =1.0 n2 =1.49216 ν2 =57.5
r3 =∞
GRINレンズ
N0 =1.664 ,N1 =-1.33 ×10-2,N2 =0
V0 =38.2,V1 =655
φS1/φ=-0.55 ,φS2/φ=0.034 ,d・φ=0 ,1/V1 ==0.002
N2 /φ4 =0
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図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。
【0054】
実施例6は、図6に示すように、物体側より順に、凹平形状の均質凹平レンズLと両平面のラジアル型GRINレンズGを接合したものである。この実施例は実施例1と同じスペックを持つものであるが、実施例1においてはラジアル型GRINレンズGの物体側の凹面を加工するかわりに凹平の均質レンズLを両面平面のラジアル型GRINレンズGに貼り付けて同等の効果を得るものである。明るさ絞りSは接合側面上に設けられている。Iは結像面である。この実施例6のレンズデーターは、次の通りである。
f=6 ,F/2.0 ,最大像高1.8 ,画角2ω=35.0°,fB =0.05
r1 =-13.2508 d1 =1.000 n1 =1.51633 ν1 =64.15
r2 =∞(絞り) d2 =18.9467 n2 (GRINレンズ)
r3 =∞
GRINレンズ
N0 =1.664 ,N1 =-7.50 ×10-3,N2 =-3.85 ×10-5
V0 =38.2,V1 =655 ,V2 =655
φSh1/φ=-0.23 ,φS2/φ=0 ,d・φ=0.2 ,1/V1 ==0.002
N2 /φ4 =-0.05
このレンズ系の物体距離が無限遠方の場合の収差状況は図12に示すとおりであり、実施例1と同様各収差とも良好に補正されている。これにより、均質凹平レンズを両平面GRINレンズと接合したこの実施例6が実施例1の構成と光学的に同等の作用を持つことがわかる。
【0055】
この実施例6は、前記のように凹平形状の均質レンズと両面平面形状のラジアル型GRINレンズとを接合レンズにて構成されているため、最も物体側の面は均質レンズの凹面である。したがって条件(1)の代りに条件(6)を満足するものである。
【0056】
同様にラジアル型GRINレンズの4次の係数N2 に関する条件は、条件(4−2)を満足するようにしてある。これにより全系の球面収差が良好に補正されている。
【0057】
上記実施例1〜5は勿論、実施例6も実施例のレンズ系自体で撮像レンズとして用いるほか、複数のレンズ(レンズ成分)からなるレンズ系の一部として用いることも可能である。例えば、本発明のレンズ系の物体側にアフォーカルコンバーターを配置したレンズ系を構成することは極めて容易に実現し得る。
【0058】
以上の各実施例は、物体側の面が凹面のGRINレンズ又は物体側の面が凹面の均質レンズとGRINレンズを接合したレンズにて構成され、物体側の面の近傍に明るさ絞りを設けたもので、レンズの最も像側の面が平面もしくはゆるい曲面となっており、しかも、像面がこの面の近くに位置している。これらは、レンズ系をCCDなどの撮像素子と一体化させたデバイスを構成する場合に大変好都合である。次にこれら実施例のレンズ系と撮像素子と一体化した撮像装置について説明する。
【0059】
図13は、本発明レンズと撮像素子と一体化させたデバイスの第1の実施の形態を示したものであり、本発明レンズの実施例1もしくは、実施例6のレンズ系を用いている。図13のうち(A)は側面図、(B)は上面図で、これら図において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、5は撮像チップ2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に直接接着したものである。実施例1もしくは実施例6のレンズ系では、距離約2000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形成される。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デバイスにより、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かなり広い範囲の物体距離の物体を撮像することができる。また、接着の際、レンズの外形と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13のようにレンズ外形よりも小さくなるよう、ステップ状に加工している。
【0060】
図14は、本発明レンズと撮像素子と一体化させたデバイスの他の第2の実施の形態を示したものであり、本発明レンズの実施例2もしくは実施例5のレンズ系を用い、レンズと撮像素子の間を樹脂でうめて一体化させたものである。この図14において、6はレンズ系、7は撮像素子の撮像チップ、8は撮像素子の撮像面、9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10でうめられている。実施例2もしくは実施例5のレンズ系では、無限遠方にある物体に対するベスト像がレンズ系よりそれぞれ約0.9もしくは約1だけ後方の樹脂内にできる。したがって、樹脂の厚みを0.9もしくは1に調整しておけば、無限遠方にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により有限距離にある物体もかなり広い範囲にわたって撮像することができる。この実施例2や実施例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にす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することができるため、レンズ系の像側N.A.を大きくすることが容易であるという利点もある。実施例5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、樹脂を用いることにより、撮像素子との一体化が容易である。
【0061】
さらに、樹脂により一体化させる際に、樹脂の厚みを設計値から微少量変化させて所定の距離にある物体の像が正確に撮像面に形成されるように貼り付けることにより、製造誤差によるばらつきを調整することができる。
【0062】
図15は、本発明レンズと撮像素子と一体化させたデバイスの第3の実施の形態を示したものであり、本発明レンズの実施例3のレンズ系を用いている。この図15において、11はレンズ系、12は撮像素子の撮像チップ、13は撮像素子の撮像面、14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に直接接着したものである。実施例3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約1のところに形成される。したがって、レンズ最終面と撮像面との間隔が1になるようにしておけば、この一体化したデバイスにより、無限遠方にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により有限距離にある物体でもかなり広い範囲にわたって撮像することができる。
【0063】
図16は、本発明のレンズと撮像素子とを一体化させたデバイスの第4の実施の形態を示したもので、本発明のレンズの実施例4のレンズ系を用いている。この図16において、15はレンズ系、16は撮像素子の撮像チップ、17は撮像素子の撮像面、18は撮像素子のセラミックス基板、19は保護ガラスであり、レンズ系最終面である平面の部分を撮像素子の保護ガラスに直接接着したものである。この保護ガラス19の接着面はコートを施していない。実施例4のレンズ系は、無限遠方の物体に対するベスト像が保護ガラス像側面後方0.9のところに形成されるようになっている。したがって、保護ガラス像側面と撮像面との間隔が0.9になるようにしておけば、この一体化したデバイスにより、無限遠方にある物体の像を撮像することができる。このとき、被写界深度により有限距離にある物体でもかなり広い範囲にわたり撮像することができる。
【0064】
以上説明したように、本発明のレンズ系は、撮像素子と一体化させた撮像デバイスを構成するときにも好適である。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。
【0065】
このとき、従来の撮像系で、レンズ系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が従来のようには配置できないことになるが、次のような対策を施すことにより、このようなフィルターも含めたデバイスの一体化を達成することができる。
【0066】
まず、赤外カットフィルターについては、図17(A)に示すようにレンズ21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、又図17(B)に示すようにレンズ22の表面に赤外光をカットするコーティング23をほどこす方法などが考えられる。
【0067】
また、ローパスフィルターについては、レンズ系の収差および回折ボケにより、点像強度分布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、レンズの物体側の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。また、図18に示すように、水晶ローパスフィルター27をラジアル型GRINレンズ25と撮像素子(撮像チップ26)のあいだにはさみ込んだ形で一体化してもよい。このとき、水晶ローパスフィルターをラジアル型GRINレンズまたは撮像素子に貼り付けてもよい。
【0068】
以上詳細に説明した本発明の撮像レンズおよび撮像装置は、特許請求の範囲の各請求項に記載するもののほか、次の各項に記載するものも本発明の目的を達成し得る。
【0069】
(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、更に下記条件(5)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
(5) −0.1<φs2/φ<0.2
【0070】
(2)特許請求の範囲の請求項1又は2あるいは前記の(1)の項に記載するレンズ系で、条件(1)の代りに下記条件(1−1)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
(1−1) −0.7<φs1/φ<0
【0071】
(3)特許請求の範囲の請求項1,2又は3あるいは前記の(1)又は2の項に記載されたレンズ系で、条件(3)の代りに下記条件(3−1)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
(3−1) −0.01<1/V1 <0.01
【0072】
(4)前記の(1)又は(2)の項に記載するレンズ系で、条件(4)の代りに下記条件(4−1)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
(4−1) −0.1<N2 /φ4 <0.01
【0073】
(5)特許請求の範囲の請求項3に記載するレンズ系で、条件(6)の代りに下記条件(6−1)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
(6−1) −0.7<φsh1 /φ<0
【0074】
(6)特許請求の範囲の請求項3又は前記の(5)の項に記載するレンズ系で、更に下記条件(4−2)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
(4−2) −0.23<N2 /φ4 <−0.01
【0075】
(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、ラジアル型GRINレンズの像側の面が平面であることを特徴とする撮像レンズ。
【0076】
(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)の項に記載するレンズ系で、レンズ内部又はレンズ表面に赤外光カット機能を有することを特徴とする撮像レンズ。
【0077】
(9)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)の項に記載するレンズ系で、レンズ内部又はレンズ表面近傍にローパスフィルター機能を有することを特徴とする撮像レンズ。
【0078】
(10)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),(7)又は(8)の項に記載するレンズ系で、レンズの像側に水晶ローパスフィルターを配置したことを特徴とする撮像レンズ。
【0079】
(11)特許請求の範囲1,2又は3あるいは前記の(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9)又は(10)の項に記載するレンズ系のラジアル型GRINレンズと撮像素子とを一体化したことを特徴とする撮像装置。
【0080】
(12)前記の(11)の項に記載する撮像装置で、前記ラジアル型GRINレンズの像側の面の付近の外周部をレンズ系の外径よりも小になるように加工したことを特徴とする撮像装置。
【0081】
(13)前記の(11)の項に記載する撮像装置で、ラジアル型GRINレンズと撮像素子との間を樹脂にてうめて一体化したことを特徴とする撮像装置。
【0082】
【発明の効果】
本発明の撮像レンズは、1枚のレンズよりなり低コストであって、かつ光学的にも十分な性能を有する。又鏡枠構造や組立て調整が簡単であり、組立てレンズ系の小型化、低コスト化が可能であり、組立て誤差も少ない。又本発明のレンズ系と撮像素子とを一体化して撮像装置になし得る。
【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】実施例1の収差曲線図
【図8】実施例2の収差曲線図
【図9】実施例3の収差曲線図
【図10】実施例4の収差曲線図
【図11】実施例5の収差曲線図
【図12】実施例6の収差曲線図
【図13】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第1の例を示す図
【図14】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第2の例を示す図
【図15】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第3の例を示す図
【図16】撮像レンズと撮像素子を一体化した撮像装置の第4の例を示す図
【図17】赤外カットフィルターを有するレンズ系を備えた撮像装置の例を示す図
【図18】ローパスフィルターを有するレンズ系を備えた撮像装置の例を示す図
【図19】従来の撮像レンズの構成を示す図
Claims (11)
- 物体側より順に、凹平形状の均質レンズと両平面形状のラジアル型GRINレンズとを接合した全体で正の屈折力の接合レンズよりなり、前記接合レンズの最も物体側の面の近傍に光束を制限するための明るさ絞りを有し、下記条件(6),(2),(3)を満足する撮像レンズ。
(6) −1<φsh1 /φ<0
(2) −2<d・φ<0.5
(3) −0.015<1/V1 <0.015
ただし、φSh1 は均質レンズの物体側の面の屈折力、φはラジアル型GRINレンズの全体の屈折力、dは明るさ絞りのラジアル型GRINレンズの物体側の面からの光軸方向の距離、V1 はラジアル型GRINレンズの媒質のアッベ数を表わす係数である。 - 請求項1の撮像レンズと撮像素子とを備えた撮像装置。
- 更に下記条件(5)を満足することを特徴とする請求項1の撮像レンズ。
(5) −0.1<φs2/φ<0.2
ただし、φs2はラジアル型GRINレンズの像側の面の屈折力である。 - 更に下記条件(4−2)を満足することを特徴とする請求項1の撮像レンズ。
(4−2) −0.23<N2 /φ4 <−0.01 - 前記ラジアル型GRINレンズの像側の面が平面であることを特徴とする請求項1の撮像レンズ。
- レンズ内部又はレンズ表面に赤外光カット機能を有することを特徴とする請求項1の撮像レンズ。
- レンズ内部又はレンズ表面近傍にローパスフィルター機能を有することを特徴とする請求項1の撮像レンズ。
- レンズの像側に水晶ローパスフィルターを配置したことを特徴とする請求項1撮像レンズ。
- 前記ラジアル型GRINレンズと撮像素子とを一体化したことを特徴とする請求項2の撮像装置。
- 前記ラジアル型GRINレンズの像側の面の付近の外周部をレンズ系の外径よりも小になるように加工したことを特徴とする請求項9の撮像装置。
- ラジアル型GRINレンズと撮像素子との間を樹脂にてうめて一体化したことを特徴とする請求項9の撮像装置。
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