JP4001471B2 - 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(例えば、CCDカメラ)に用いられ、小型軽量化を図ることを可能とした単玉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等の撮像素子を利用したカメラ、例えば、CCDカメラの需要が著しく高まっている。このようなCCD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CCD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いる。
【0004】
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いわゆる単玉レンズ系が用いられている。
【0005】
このような従来の単玉レンズ系の撮像レンズとして、例えば、特開平10−282410号公報等に開示されているものがある。
【0006】
また、携帯電話等に搭載される固体撮像素子として、従来は1/4インチセンサ(対角4.5mm程度)が多く用いられていたが、近年、これに代わってさらに小型化された1/7インチセンサ(対角2.6mm程度)が主流になりつつある。
【0007】
このような極めて小型の撮像レンズにおいては、以下のような条件を満たすことが必要となる。
【0008】
まず、CCD、CMOS等の撮像素子は、銀塩フィルムと異なり、構造上斜めに入射する光を100%有効に利用できないため、レンズには撮像素子のどの位置においても光が垂直に近い角度で入射することが求められる。すなわち、テレセントリック性が高く、撮像素子と射出瞳との間の距離が大きいことが求められる。
【0009】
また、撮像素子は、この撮像素子に設けられた各画素で光を感知するが、撮像素子内の各画素の感度は均一となっているため、撮像素子に入射する光量は素子内のどの位置においても一定に保たれることが望ましい。すなわち、撮像素子の中央部と周辺部との光量を均一にする必要があることから、周辺光量をできる限り確保することが必要とされる。
【0010】
これらの条件は、撮像素子の大きさが小さくなるに伴い、各画素の大きさも小さくなることから、感度も低下するため従来以上に重要なものとなる。
【0011】
さらに、一般に、撮像素子の表面にはカバーガラスが配置されるようになっており、用途によっては、レンズと撮像素子との間に各種フィルタ(IRカットフィルタ、ローバンドパスフィルタ等)等も挿入されるので、比較的長いバックフォーカス距離が必要である。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、1/4インチセンサに用いられる広角タイプの撮像レンズにおいては、焦点距離が4mm程度と、比較的長かったために、撮像素子と射出瞳との距離およびバックフォーカス距離を確保することは比較的容易であった。
【0013】
しかしながら、1/7インチセンサに用いられる広角タイプの撮像レンズにおいては、焦点距離が2mm程度と、極めて短いものとなる。そのため、焦点距離の短縮化に伴って、撮像素子と射出瞳との距離およびバックフォーカス距離も短縮化されてしまう。したがって、従来の1/4インチセンサに用いられる撮像レンズをそのまま縮小して1/7インチセンサ用として利用することは極めて困難であるという問題を有している。また、このように単にレンズを縮小した場合、レンズ中心厚さやフランジ厚さの加工性が著しく低下するという問題をも有している。
【0014】
また、射出瞳位置は、絞りの位置を物体側の焦点距離位置近辺に配置することにより最大とすることができるが、この場合、レンズ全体の大きさ(厚さ、光学面有効径)が非常に大きくなってしまうだけでなく、加工性が低下してしまうという問題を有している。
【0015】
さらに、バックフォーカス距離は、レンズの形状をメニスカス形状とすることにより、改善することができるが、適切な形状としなければ、加工性が低下するという問題を有している。
【0016】
本発明は前記した点に鑑みてなされたもので、撮像素子が小型化した場合でも、所望の光学性能を維持するとともに、バックフォーカス距離を確保した状態で、レンズを容易に製造す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。
【0017】
【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、物体側に位置する第1面を凹面としてなる樹脂製のメニスカス状のレンズ本体の物体側に絞りを配置し、前記レンズ本体は、
(2)0.9≧Dt/Dc≧0.5
(3)1.0≧Ap2 /Am2 ≧0.9
(5)0.509≧|r2 /fl|≧0.35
(6)0.8≧Dc/fl≧0.3
但し、
Dt:レンズの少なくとも1つの光学面を含む領域における最も薄い部分の厚さ
Dc:レンズの中心厚さ
Ap2 :像面側第2面の有効半径(有効な光線が通過する部分の最大半径)
Am2 :像面側第2面の最大半径
r2 :像面側の面の中心曲率半径
fl:レンズ系全体の焦点距離
の条件を満足することを特徴とするものである。
【0018】
この請求項1に記載の発明によれば、式(2)において、Dt/Dcが0.9より大きいと、レンズの屈折力が不足して所望の焦点距離を実現できないことに加えて、各種収差の補正が不十分となる。また、Dt/Dcが0.5より小さいと、偏肉度合いが大きくなってしまい、レンズの成形性が低下し、光学面の加工が困難となる。さらに、式(3)において、Ap2 /Am2 を0.9以上(Ap2 /Am2 の最大値は1.0)とすることにより、レンズ本体の像面側の第2面を有効利用することができる。また、光学面の半径を抑えることができ、レンズの小型化が可能となるとともに、加工により形成した光学面を無駄なく利用できることから、周辺光量も確保することができる。
【0019】
本発明においては、式(2)および式(3)の条件を満たすように、レンズの中心厚さと周辺厚さとを特定の関係とすることにより、製造可能な形状を保った状態で、周辺光量を確保して、撮像素子が小型化した場合でも、レンズ性能を維持することができる。さらに、式(5)において、|r2 /fl|が0.509より大きいと、バックフォーカス距離を確保することができなくなり、各種フィルタ等を挿入することができなくなってしまう。また、|r2 /fl|が0.35より小さいと、光学面周辺部の加工が困難になってしまうことに加え、レンズの偏肉度合いが大きくなり、精度よくレンズを成形することができなくなってしまう。また、式(6)において、Dc/flが0.8より大きいと、光学系全体が大型化する。また、Dc/flが0.3より小さいと、レンズ本体の外周部分を支持するためのフランジ部の厚さが不足してしまい、製造性が低下する。本発明においては、さらに、式(5)および式(6)の条件を満たすことにより、小型化を図るとともに、バックフォーカス距離を確保して、撮像素子が小型化した場合でも、容易に製造することができる。
【0020】
また、請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記レンズ本体は、
(4)0.15≧S≧0.03
但し、
S:絞りとレンズ本体の第1面との距離(mm)
の条件を満足することを特徴とするものである。
【0021】
この請求項2に記載の発明によれば、式(4)において、Sが0.15mmより大きいと、光学系全体の厚さが厚くなることに加えて、レンズ本体の第2面の有効径が大きくなってしまうことにより、小型化が困難になり、また、レンズ本体の成形性と加工性が低下する。Sが0.03mmより小さいと、射出瞳位置が近くなりすぎ、センサ面への入射角度が大きく傾き、光の有効利用が困難となる。
【0022】
本発明においては、前記式(4)の条件を満たすように、絞りを配置することにより、テレセントリック性を確保することができ、撮像素子が小型化した場合でも良好な画像を得ることができる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1から図7を参照して説明する。
【0027】
図1は本発明に係る撮像レンズの基本構造を示したもので、この撮像レンズは、例えば、プラスチック等の樹脂からなるレンズ本体1を有している。本実施形態における撮像レンズは、物体側に位置する第1面を凹面としてなるメニスカス状のレンズ本体1が配設されており、レンズ本体1の物体側には、絞り2が配置されている。レンズ本体1の像面側の第2面の周縁部には、光量制限板3が配置されており、前記レンズ本体1の第2面側には、カバーガラス4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5がそれぞれ配設されている。
【0028】
本実施形態においては、前記レンズ本体1は、次の条件を満たすようになっている。
(1)Y’/fl≧0.6
(2)0.9≧Dt/Dc≧0.5
(3)1.0≧Ap2 /Am2 ≧0.9
但し、flはレンズ系全体の焦点距離、Y’は最大像高(撮像面5の撮像領域の対角線の1/2長さ)、Dtはレンズの少なくとも1つの光学面を含む領域における最も薄い部分の厚さ、Dcはレンズの中心厚さ、Ap2 は像面側光学面の有効半径(有効な光線が通過する部分の最大半径)、Am2 は像面側光学面の最大半径(光学面加工半径)である。
【0029】
式(1)において、Y’/flを0.6以上とすることにより、広い画角を確保することが可能となる。
【0030】
また、式(2)において、Dt/Dcが0.9より大きいと、レンズの屈折力が不足して所望の焦点距離を実現できないだけでなく、各種収差の補正が不十分となる。また、Dt/Dcが0.5より小さいと、偏肉度合いが大きくなってしまい、レンズの成形性が低下し、光学面の加工が困難となる。なお、このDt/Dcは、0.7以上であればより好ましい。
【0031】
さらに、式(3)において、Ap2 /Am2 を0.9以上(Ap2 /Am2 の最大値は1.0)とすることにより、レンズ本体1の像面側の第2面を有効利用することができる。また、光学面の半径を抑えることができ、レンズの小型化が可能となるとともに、加工により形成した光学面を無駄なく利用できることから、周辺光量も確保することができる。
【0032】
本実施形態においては、前記式(1)、式(2)および式(3)の条件を満たすことにより、レンズの中心厚さと周辺厚さとを特定の関係とすることにより、製造可能な形状を保った状態で、周辺光量を確保して、撮像素子が小型化した場合でも、レンズ性能を維持することができる。
【0033】
また、好ましくは、レンズ本体1は、次の条件を満たすようになっている。
(4)0.15≧S≧0.03
但し、Sは絞り2とレンズ本体1の第1面との距離(mm)である。
【0034】
この式(4)において、Sが0.15mmより大きいと、光学系全体の厚さが厚くなることに加えて、レンズ本体1の第2面の有効径が大きくなってしまうことにより、小型化が困難になり、また、レンズ本体1の成形性と加工性が低下する。また、Sが0.03mmより小さいと、射出瞳位置が近くなりすぎ、センサ面への入射角度が大きく傾き、光の有効利用が困難となり、周辺光量の低下につながる。
【0035】
本実施形態においては、前記式(4)の条件を満たすように、絞りを配置することにより、テレセントリック性を確保することができ、撮像素子が小型化した場合でも良好な画像を得ることができる。
【0036】
また、レンズ本体1は、次の条件を満たすようになっている。
(5)0.509≧|r2 /fl|≧0.35
(6)0.8≧Dc/fl≧0.3
但し、r2は像面側の面の中心曲率半径である。
【0037】
この式(5)において、|r2 /fl|が0.509より大きいと、バックフォーカス距離を確保することができなくなり、各種フィルタ等を挿入することができなくなってしまう。また、|r2 /fl|が0.35より小さいと、光学面周辺部の加工が困難になってしまうとともに、レンズの偏肉度合いが大きくなり、精度よくレンズを成形することができなくなってしまう。
【0038】
また、式(6)において、Dc/flが0.8より大きいと、光学系全体が大型化する(光軸方向、径方向ともに大型化する)。また、Dc/flが0.3より小さいと、レンズ本体1の外周部分を支持するためのフランジ部の厚さが不足してしまい、製造性が低下する。
【0039】
本実施形態においては、前記式(5)および式(6)の条件を満たすことにより、小型化を図るとともに、バックフォーカス距離を確保して、撮像素子が小型化した場合でも、容易に製造することができる。
【0040】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図2から図7を参照して説明する。
【0041】
ここで、本実施例において、FはFナンバー、flはレンズ系全体の焦点距離、Y’は最大像高、Dtはレンズの少なくとも1つの光学面を含む領域における最も薄い部分の厚さ、Dcはレンズの中心厚さ、Ap2 は像面側光学面の有効半径(有効な光線が通過する部分の最大半径)、Am2 は像面側光学面の最大半径(光学面加工半径)、Sは絞り2とレンズ本体1の第1面との距離、r2 はレンズ本体1の第2面の中心曲率半径、rは各光学面の曲率半径、dはレンズ厚または空気間隔、ndは屈折率を示す。
【0042】
また、レンズ1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、a、b、cを非球面係数としたとき次式で表している。
【0043】
【数式1】
【0044】
<実施例1>
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、前記図1に示す構成の撮像レンズであり、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。
【0045】
このような条件の下で、Y’/fl=1.35/2.19=0.616となり、前記(1)式を満足するものである。
【0046】
また、Dt/Dc=0.70/0.90=0.78となり、前記(2)式を満足するものである。
【0047】
さらに、Ap2 /Am2 =0.62/0.65=0.95となり、前記(3)式を満足するものである。
【0048】
また、S=0.05であり、前記(4)式を満足するものである。
【0049】
さらに、|r2 /fl|=0.99/2.19=0.452となり、前記(5)式を満足するものである。
【0050】
さらにまた、Dc/fl=0.90/2.19=0.411となり、前記(6)式を満足するものである。
【0051】
この実施例1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。
【0052】
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。
<実施例2>
図4は本発明の第2実施例を示したもので、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。
【0053】
このような条件の下で、Y’/fl=1.05/1.67=0.629となり、前記(1)式を満足するものである。
【0054】
また、Dt/Dc=0.75/0.85=0.88となり、前記(2)式を満足するものである。
【0055】
さらに、Ap2 /Am2 =0.50/0.55=0.91となり、前記(3)式を満足するものである。
【0056】
また、S=0.10であり、前記(4)式を満足するものである。
【0057】
さらに、|r2 /fl|=0.85/1.67=0.509となり、前記(5)式を満足するものである。
【0058】
さらにまた、Dc/fl=0.85/1.67=0.509となり、前記(6)式を満足するものである。
【0059】
この実施例2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。
【0060】
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。
<実施例3>
図6は本発明の第3実施例を示したもので、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。
【0061】
このような条件の下で、Y’/fl=1.35/2.20=0.614となり、前記(1)式を満足するものである。
【0062】
また、Dt/Dc=0.84/1.00=0.84となり、前記(2)式を満足するものである。
【0063】
さらに、Ap2 /Am2 =0.68/0.70=0.97となり、前記(3)式を満足するものである。
【0064】
また、S=0.10であり、前記(4)式を満足するものである。
【0065】
さらに、|r2 /fl|=1.07/2.20=0.486となり、前記(5)式を満足するものである。
【0066】
さらにまた、Dc/fl=1.00/2.20=0.455となり、前記(6)式を満足するものである。
【0067】
この実施例3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。
【0068】
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。
【0069】
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。例えば、像面側に配置される光量制限板は必ずしも必要とされるものではなく、これを設けない構成としても差し支えないものである。
【0070】
【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(2)および式(3)の条件を満たすように、レンズの中心厚さと周辺厚さとを特定の関係とすることにより、製造可能な形状を保った状態で、周辺光量を確保して、撮像素子が小型化した場合でも、レンズ性能を維持することができる。また、請求項1に記載の発明に係る撮像レンズは、式(5)および式(6)の条件を満たすことにより、小型化を図るとともに、バックフォーカス距離を確保して、撮像素子が小型化した場合でも、容易に製造することができる等の効果を奏する。
【0071】
また、請求項2に記載の発明は、式(4)の条件を満たすように、絞りを特定の条件を満足する位置に配置することにより、テレセントリック性を確保することができ、撮像素子が小型化した場合でも良好な画像を得ることができる。
【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
【符号の説明】
1 レンズ本体
2 絞り
3 光量制限板
4 カバーガラス
5 撮像面
Claims (2)
- 物体側に位置する第1面を凹面としてなる樹脂製のメニスカス状のレンズ本体の物体側に絞りを配置し、前記レンズ本体は、
(2)0.9≧Dt/Dc≧0.5
(3)1.0≧Ap2 /Am2 ≧0.9
(5)0.509≧|r2 /fl|≧0.35
(6)0.8≧Dc/fl≧0.3
但し、
Dt:レンズの少なくとも1つの光学面を含む領域における最も薄い部分の厚さ
Dc:レンズの中心厚さ
Ap2 :像面側第2面の有効半径(有効な光線が通過する部分の最大半径)
Am2 :像面側第2面の最大半径
r2 :像面側の面の中心曲率半径
fl:レンズ系全体の焦点距離
の条件を満足することを特徴とする撮像レンズ。 - 前記レンズ本体は、
(4)0.15≧S≧0.03
但し、
S:絞りとレンズ本体の第1面との距離(mm)
の条件を満足することを特徴とする請求項1に記載の撮像レンズ。
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