JP4064434B1 - 撮像レンズ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで収差が補正された良好な光学特性を有する２枚のレンズで構成された撮像レンズを提供する。
【解決手段】撮像レンズＬＡの構成を、物体側から像面側に向かって順に、絞りＳ１、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状の第１レンズＬ１と、像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズＬ２とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、撮像レンズ、特に、高画素ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を使用した小型撮像装置、光センサー、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラなどに好適な、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズに関する。

近年、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子を使用した各種撮像装置が広く普及している。これら撮像素子の高性能化、小型化にともない、撮像装置に使用される撮像レンズも、従来以上にコンパクトで良好な光学特性が求められている。

コンパクトさという点では、１枚のレンズで構成される撮像レンズが有利であるが、１枚のレンズで構成される撮像レンズはレンズ周辺部の光学特性の低下が大きく、性能面で不十分なことは良く知られている。そこで、コンパクトさと良好な光学特性とをバランスさせた撮像レンズとして、２枚のレンズで構成された撮像レンズが提案されている。

特許文献１には、物体側から順に、絞り、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凸面を向けた正のパワーを有する第２レンズとで構成される撮像レンズが提案されている。この撮像レンズは第２レンズが正のパワーと規定されているため、コンパクトさという点では不十分であった。

特許文献２には、物体側から順に、絞り、物体側に凸面を向けた正のメニスカス形状の第１レンズと、物体側に凸面を向けた負の第２レンズとで構成される撮像レンズが提案されている。この撮像レンズは、正のパワーのレンズと負のパワーのレンズを組み合わせることで、特許文献１の撮像レンズよりもコンパクトであるが、要求されるコンパクトさにおいて、未だ不十分であった。また、軸外色収差やその他の収差の補正でも不十分な点があった。

特許第３７５３１８３号公報 特開２００６−１５４５１７号公報

本発明は、上記従来例の問題点を解決するために成されたものであり、コンパクトで、かつ諸収差が補正された良好な光学特性を有する２枚のレンズで構成された撮像レンズを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、物体側から像面側に向かって順に、絞り、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズとで構成された撮像レンズであって、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする。
１．１９≦ｆ／ｆ１＜２．００ （１）
０．０９≦ｆ／｜ｆ２｜＜１．００ （２）
ただし、
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離、
ｆ１：第１レンズの焦点距離
ｆ２：第２レンズの焦点距離
である。

請求項１の発明によれば、撮像レンズを、物体側から像面側に向かって順に、絞り、第１レンズ、第２レンズで構成され、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズとで構成されているので、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズが得られる。また、テレセントリック性の確保が容易となるため、この撮像レンズが搭載される携帯電話など各種のデジタル入力機器の高機能化、高性能化、コンパクト化に寄与することができる。

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に係る撮像レンズの構成を図１に示す。この撮像レンズＬＡは、物体（図示せず）側から像面に向かって順に、絞りＳ１、第１レンズＬ１、第２レンズＬ２が、配列された２枚構成のレンズ系である。第２レンズＬ２と像面との間に、ガラス平板ＧＦが置かれる。このガラス平板ＧＦとしては、カバーガラス、ＩＲカットフィルタ、又は、ローパスフィルタなどの機能を有するものを使用することができる。

絞りＳ１を第１レンズＬ１よりも物体側に配置することにより、入射瞳位置を像面から遠い位置にとることができる。これにより、高いテレセントリック性を確保することが可能となり、像面に対する入射角を好適にすることができる。

第１レンズＬ１は物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカスレンズであり、第２レンズ゛Ｌ２は像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカスレンズである。正のレンズと負のレンズを組み合わせることにより、撮像レンズＬＡのコンパクト化を図ることができる。また、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、ともにレンズ面の１面以上を非球面形状、好ましくは、２面とも非球面形状とすることにより、諸収差を好適に補正することができる。

撮像レンズＬＡは、物体側へ凸面を向けた正のパワーのメニスカス形状の第１レンズＬ１と像面側へ凸面を向けた負のパワーのメニスカス形状の第２レンズを組み合わせることにより、本発明の目的であるコンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズとすることができる。なお、前記のパワーは、焦点距離の逆数で定義される量のことである。

撮像レンズＬＡに占める第１レンズＬ１のパワーバランスとして、撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆと第１レンズＬ１の焦点距離ｆ１との比ｆ／ｆ１が、以下の条件式（１）を満足する範囲とすることにより、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることができる。
１．１９≦ｆ／ｆ１＜２．００ （１）

ｆ／ｆ１の値が、条件式（１）の下限値以下になると光学長が長くなり、コンパクト化が難しくなることがある。また、上限値以上になると歪曲収差の補正が不十分となることがあり、条件式（１）の範囲外では、コンパクトで光学特性の良好なレンズを得ることが難しくなる。

撮像レンズＬＡに占める第２レンズＬ２のパワーバランスとして、撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆと第２レンズＬ２の焦点距離ｆ２との比ｆ／|ｆ２｜が、以下の条件式（２）を満足する範囲とすることにより、コンパクトで良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることができる。
０．０９≦ｆ／｜ｆ２｜＜１．００ （２）

ｆ／｜ｆ２｜の値が、条件式（２）の範囲外では、球面収差の補正が不十分となることがあり、コンパクトで光学特性の良好なレンズを得ることが難しくなる。

撮像レンズＬＡの第１レンズ物体側の面Ｒ１の光軸との交点から像面までの距離Ｄと最大像高Ｙの関係Ｄ／２Ｙが、以下の条件式（３）、より好ましくは、条件式（３−Ａ）を満足する範囲であれば、撮像レンズＬＡのコンパクト化や諸収差の補正に好ましい。
０．８０≦Ｄ／２Ｙ≦１．２０ （３）
０．８５≦Ｄ／２Ｙ≦１．００ （３−Ａ）

Ｄ／２Ｙの値が、条件式（３）の範囲外では、撮像レンズをコンパクトにすることが難しくなることがあり、また諸収差の補正も難しくなることがある。また、Ｄ／２Ｙの値が条件式（３）の下限値以下になると、画角２ωが７０°以上となることがあり、上限値以上になると、画角２ωが６０°以下となることがあり、小型撮像装置、例えば、携帯電話用撮像カメラで好適とされる画角６０°≦２ω≦７０°の保持が困難となることがある。

第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は樹脂材料で形成されることが好ましい。使用される樹脂材料としては、ＡＳＴＭ Ｄ５４２法に準じて測定されたｄ線の屈折率が１．４９０〜１．６３５の範囲にあるものが使用される。第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は同一の樹脂材料であっても良く、異なる樹脂材料であっても良い。樹脂材料としては、波長４５０〜６００ｎｍの範囲での光線透過率が８０％以上、より好ましくは８５％以上の樹脂材料であれば、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であってもよい。

樹脂材料の具体例としては、シクロ環や、その他の環状構造を有する非晶性のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、９，９−ビス（４−ヒドロキシフェニル）フルオレンなどを構成成分とするポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂などが挙げられる。これらの中ではシクロオレフィンを含有するポリオレフィンや環状オレフィンを含有するポリオレフィンなどが好ましい。レンズの材料として樹脂材料が使用される場合、レンズは、射出成形、圧縮成形、注型成形、トランスファー成形など公知の成形加工法を利用して製造することができる。

レンズ材料が樹脂材料の場合、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２はレンズ外周部にコバを設けることができる。コバの形状は、レンズの性能を損なわなければ、特に制約は無い。レンズの成形加工性の面から、コバの厚さはレンズ外周部の厚さの７０〜１３０％の範囲にあることが好ましい。レンズ外周部にコバを設けた場合、コバ部に光が入射すると、ゴーストやフレアの原因となることがある。その場合は、必要に応じて、レンズ間に入射光を制限する遮光マスクを設ければよい。

撮像レンズＬＡは、撮像モジュールなどに利用される前に、第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２の物体側及び像面側のレンズ表面に、それぞれ反射防止膜や表面硬化など公知の表面処理を施してもよい。撮像レンズＬＡを使用した撮像モジュールは、携帯用モジュールカメラ、ＷＥＢカメラ、パソコン、デジタルカメラ、自動車や各種産業機器の光センサー、モニターなどに使用される。

以下、本発明の撮像レンズＬＡの具体的実施例について説明する。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、距離及びレンズ芯厚の単位はｍｍである。
ｆ ：撮像レンズＬＡ全体の焦点距離
ｆ１ ：第１レンズＬ１の焦点距離
ｆ２ ：第２レンズＬ２の焦点距離
Ｄ ：第１レンズ物体側の面の光軸との交点より第２レンズ像面側の面の光軸との交点までの距離
Ｙ ：最大像高
Ｆｎｏ ：Ｆナンバー
ｒ ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
ｄ ：レンズ又はレンズ間の距離
ｄ１ ：第１レンズＬ１の芯厚
ｄ２ ：第１レンズＬ１の像面側と第２レンズＬ２の物体側との間の距離
ｄ３ ：第２レンズＬ２の芯厚
ｄ４ ：第２レンズＬ２の像面側とガラス平板ＧＦの物体側との間の距離
ｄ５ ：ガラス平板ＧＦの厚さ
ｎｄ ：ｄ線での屈折率
Ｎ１ ：第１レンズＬ１の屈折率
Ｎ２ ：第２レンズＬ２の屈折率
Ｎ３ ：ガラス平板ＧＦの屈折率
νｄ ：ｄ線でのアッベ数
ν１ ：第１レンズＬ１のアッベ数
ν２ ：第２レンズＬ２のアッベ数
ν３ ：ガラス平板ＧＦのアッベ数
ω ：半画角

撮像レンズＬＡの第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれのレンズ面の非球面形状は、ｙを光の進行方向を正とした光軸に、ｘを光軸と直交する方向とした軸として、下記の非球面多項式で表される。

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

ただし、ｒは光軸上の曲率半径、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（４）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（４）の非球面多項式に限定されるものではない。

（実施例１）
図２は、実施例１の撮像レンズ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Ｌ１及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズ又はレンズ間の距離ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表１に示す。

この条件では、ｆ＝１．８６ｍｍ、ｆ１＝１．５３ｍｍ、ｆ２＝−１５．５２ｍｍ、Ｄ＝２．２０ｍｍ、Ｙ＝１．２０ｍｍ、Ｆｎｏ＝３．５となる。これらの値から、ｆ／ｆ１＝１．２２、ｆ／｜ｆ２｜＝０．１２、Ｄ／２Ｙ＝０．９２であり、２ω=６２．９６°であった。

実施例１の撮像レンズの球面収差を図３に、非点収差及び歪曲収差を図４に示す。以上の結果より、実施例１の撮像レンズＬＡは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。なお、球面収差及び非点収差は波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長に対する収差の結果で、図では左から順に、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍにおける収差である。歪曲収差は波長５８８ｎｍにおける収差である。又、非点収差のＳはサジタル像面に対する収差、Ｔはタンジェンシャル像面に対する収差である。

（実施例２）
図５は、実施例２の撮像レンズの配置を示す構成図である。この実施例２の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズ又はレンズ間の距離ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表２に示す。

この条件では、ｆ＝１．９０ｍｍ、ｆ１＝１．５５ｍｍ、ｆ２＝−２２．２９ｍｍ、Ｄ＝２．３０ｍｍ、Ｙ＝１．２０ｍｍ及び、Ｆｎｏ＝３．５となる。これらの値から、ｆ／ｆ１＝１．２３、ｆ／｜ｆ２｜＝０．０９、Ｄ／２Ｙ＝０．９６であった。

実施例２の撮像レンズの球面収差を図６に、非点収差及び歪曲収差を図７に示す。以上の結果より、実施例２の撮像レンズは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。

（実施例３）
図８は、実施例３の撮像レンズの配置を示す構成図である。この実施例３の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズ又はレンズ間の距離ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表３に示す。

この条件では、ｆ＝１．６３ｍｍ、ｆ１＝１．３７ｍｍ、ｆ２＝−５．０３ｍｍ、Ｄ＝１．９７ｍｍ、Ｙ＝１．２０ｍｍ及び、Ｆｎｏ＝３．５となる。これらの値から、ｆ／ｆ１＝１．１９、ｆ／｜ｆ２｜＝０．３２、Ｄ／２Ｙ＝０．８２であり、２ω=６６．９９°であった。

実施例３の撮像レンズの球面収差を図９に、非点収差及び歪曲収差を図１０に示す。以上の結果より、実施例３の撮像レンズは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。

（実施例４）
図１１は、実施例４の撮像レンズの配置を示す構成図である。この実施例４の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズ又はレンズ間の距離ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表４に示す。

この条件では、ｆ＝１．７８ｍｍ、ｆ１＝１．４９ｍｍ、ｆ２＝−１８．９９ｍｍ、Ｄ＝２．０９ｍｍ、Ｙ＝１．２０ｍｍ及び、Ｆｎｏ＝３．５となる。これらの値から、ｆ／ｆ１＝１．２０、ｆ／｜ｆ２｜＝０．０９、Ｄ／２Ｙ＝０．８７であった。

実施例４の撮像レンズの球面収差を図１２に、非点収差及び歪曲収差を図１３に示す。以の結果より、実施例３の撮像レンズは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。

（実施例５）
図１４は、実施例５の撮像レンズの配置を示す構成図である。この実施例５の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズ又はレンズ間の距離ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表５に示す。

この条件では、ｆ＝１．８４ｍｍ、ｆ１＝１．２５ｍｍ、ｆ２＝−４．５０ｍｍ、Ｄ＝２．１１ｍｍ、Ｙ＝１．２０ｍｍ及び、Ｆｎｏ＝３．５となる。これらの値から、ｆ／ｆ１＝１．４７、ｆ／｜ｆ２｜＝０．４１、Ｄ／２Ｙ＝０．８８であった。

実施例５の撮像レンズの球面収差を図１５に、非点収差及び歪曲収差を図１６に示す。以上の結果より、実施例５の撮像レンズは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。

（実施例６）
図１７は、実施例６の撮像レンズの配置を示す構成図である。この実施例６の撮像レンズＬＡを構成する第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２のそれぞれの物体側及び像面側の曲率半径ｒ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄ、レンズ又はレンズ間の距離ｄ、円錐係数ｋ、非球面係数などの値を、表６に示す。

この条件では、ｆ＝１．９６ｍｍ、ｆ１＝１．４６ｍｍ、ｆ２＝−４．００ｍｍ、Ｄ＝２．０８ｍｍ、Ｙ＝１．２０ｍｍ及び、Ｆｎｏ＝３．５となる。これらの値から、ｆ／ｆ１＝１．３４、ｆ／｜ｆ２｜＝０．４９、Ｄ／２Ｙ＝０．８７であった。

実施例６の撮像レンズの球面収差を図１８に、非点収差及び歪曲収差を図１９に示す。以上の結果より、実施例６の撮像レンズは、コンパクトで、良好な光学特性を有していることがわかる。

本発明の一実施形態に係る撮像レンズの構成を示す図。 上記撮像レンズの具体的実施例１の構成を示す図。 実施例１の撮像レンズの球面収差図。 実施例１の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの実施例２の構成を示す図。 実施例２の撮像レンズの球面収差図。 実施例２の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの実施例３の構成を示す図。 実施例３の撮像レンズの球面収差図。 実施例３の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの実施例４の構成を示す成図。 実施例４の撮像レンズの球面収差図。 実施例４の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの実施例５の構成を示す図。 実施例５の撮像レンズの球面収差図。 実施例５の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。 上記撮像レンズの実施例６の構成を示す図。 実施例６の撮像レンズの球面収差図。 実施例６の撮像レンズの非点収差図及び歪曲収差図。

符号の説明

ＬＡ ：撮像レンズ
Ｓ１ ：絞り
Ｌ１ ：第１レンズ
Ｌ２ ：第２レンズ
ＧＦ ：ガラス平板
Ｒ１ ：第１レンズＬ１の物体側面
Ｒ２ ：第１レンズＬ１の像面側面
Ｒ３ ：第２レンズＬ２の物体側面
Ｒ４ ：第２レンズＬ２の像面側面
Ｒ５ ：ガラス平板ＧＦの物体側面
Ｒ６ ：ガラス平板ＧＦの像面側面
ｄ１ ：第１レンズＬ１の芯厚
ｄ２ ：第１レンズＬ１の像面側と第２レンズＬ２の物体側との間の距離
ｄ３ ：第２レンズＬ２の芯厚
ｄ４ ：第２レンズＬ２の像面側とガラス平板ＧＦの物体側との間の距離
ｄ５ ：ガラス平板ＧＦの厚さ

Claims (1)

1. 物体側から像面側に向かって順に、絞り、物体側に凸面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状の第１レンズと、像面側に凸面を向けた負のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズとで構成され、以下の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
   １．１９≦ｆ／ｆ１＜２．００ （１）
   ０．０９≦ｆ／｜ｆ２｜＜１．００ （２）
   ただし、
   ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離、
   ｆ１：第１レンズの焦点距離
   ｆ２：第２レンズの焦点距離
   である。

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