JP4156961B2

JP4156961B2 - Single focus lens

Info

Publication number: JP4156961B2
Application number: JP2003094153A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　賢一
Original assignee: Fujinon Corp
Current assignee: Fujinon Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP2004302060A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に小型の撮像装置への搭載に適した単焦点レンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、パーソナルコンピュータの一般家庭等への普及に伴い、撮影した風景や人物像等の画像情報をパーソナルコンピュータに入力することができるデジタルスチルカメラ（以下、単にデジタルカメラという。）が急速に普及しつつある。また携帯電話の高機能化に伴い、携帯電話に画像入力用のモジュールカメラ（携帯用モジュールカメラ）が搭載されることも多くなってきている。
【０００３】
これらの撮像装置では、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子が用いられている。このような撮像装置は、近年、撮像素子の小型化が進んでいることから、装置全体としても非常に小型化が図られてきている。また、撮像素子の高画素化も進んでおり、高解像、高性能化が図られてきている。
【０００４】
このような撮像装置に用いられる撮像レンズとしては、例えば以下の特許文献記載のものがある。特許文献１〜３には、３枚構成の撮像レンズが記載されている。特許文献４には、４枚構成の撮像レンズが記載されている。特許文献１記載の撮像レンズでは、物体側から２番目のレンズと３番目のレンズとの間に、絞りの位置がある。特許文献２記載の撮像レンズでは、物体側から１番目のレンズと２番目のレンズとの間に、絞りの位置がある。特許文献３記載の撮像レンズでは、レンズ系の最も物体側に絞りの位置がある。各特許文献記載の撮像レンズにおいて、最も物体側のレンズは、いずれもメニスカス形状となっている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−４８５１６号公報
【特許文献２】
特開２００２−２２１６５９号公報
【特許文献３】
米国特許第６４４１９７１号公報
【特許文献４】
特表２００２−５１７７７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように近年の撮像素子は、小型化および高画素化が進んでおり、それに伴って、特にデジタルカメラ用の撮像レンズには、高い解像性能と構成のコンパクト化が求められている。一方、携帯用モジュールカメラの撮像レンズには従来、コスト面とコンパクト性が主に要求されていたが、最近では携帯用モジュールカメラにおいても撮像素子の高画素化が進む傾向にあり、性能面に対する要求も高くなってきている。
【０００７】
このため、コスト面、性能面、およびコンパクト性を総合的に考慮した多種多様なレンズの開発が望まれている。例えば、携帯用モジュールカメラにも搭載可能なコンパクト性を満足しつつ、性能面ではデジタルカメラへの搭載をも視野に入れた、ローコストで高性能な撮像レンズの開発が望まれている。
【０００８】
このような要求に対しては、例えば、コンパクト化およびローコスト化を図るためにレンズ枚数を３枚または４枚構成とし、高性能化を図るために、非球面を積極的に用いることが考えられる。この場合、非球面はコンパクト化および高性能化に寄与するが、製造性の点で不利でありコスト高になり易いので、その使用は製造性を十分考慮したものとすることが望ましい。上記各特許文献記載のレンズは、３枚または４枚構成で非球面を用いた構成となっているが、上記した総合的な性能が不十分であり、例えば性能面は良くても、コンパクト性に欠けたりしている。一般に、３枚構成のレンズでは、性能面では携帯用モジュールカメラには十分であっても、デジタルカメラ用としては性能面で不十分になり易い。また、４枚構成のレンズでは、３枚構成に比べて性能を向上させることはできるものの、コスト面およびコンパクト性の点で不利になり易い。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、非球面を有効に用いることにより、高性能、かつコンパクトな構成を実現できる単焦点レンズを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による単焦点レンズは、物体側より順に、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ近軸近傍における形状を両凸形状とした正のパワーを有する第１レンズと、絞りと、少なくとも１面を非球面形状とし、かつ近軸近傍において物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状の第２レンズと、両面を非球面形状とし、かつ正または負のパワーを有し、近軸近傍において物体側の面が凸面形状のプラスチック材料よりなる第３レンズとからなり、かつ、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように構成されているものである。
【００１１】
０．８＜ｆ１／ｆ＜２．０ ……（１）
６０＜νｄ１ ……（２）
０．２＜Ｄ２／ｆ＜０．５ ……（３）
ただし、ｆは全体の焦点距離を示し、ｆ１は第１レンズの焦点距離を示し、νｄ１はｄ線に対する第１レンズのアッベ数を示し、Ｄ２は第１レンズと第２レンズとの間の空気間隔を示している。
【００１２】
本発明による単焦点レンズでは、近軸において正のパワーを有する第１レンズおよび第２レンズと、ブラスチック材料よりなる両面非球面形状の第３レンズとを物体側から順に配設し、かつ、絞りを第１レンズと第２レンズとの間に配設し、第１レンズの焦点距離やアッベ数などに関する所定の条件式（１）〜（３）を満たして各レンズの形状、パワー配分、硝材などを適切なものにすることで、３枚という少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、非球面を有効に用い、携帯用モジュールカメラのみならず、デジタルカメラにまで対応可能な高い光学性能が得られる。
【００１３】
この単焦点レンズにおいて、第１レンズは、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状であることが好ましい。第２レンズは、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状であり、かつ、像側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状であることが好ましい。第３レンズは、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状であり、かつ、像側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状であることが好ましい。
【００１４】
また、この単焦点レンズにおいて、第１レンズのレンズ材は、ガラス材料、特に、光学性能を考慮して、低分散のガラス材料によるガラスモールドレンズであることが好ましい。第２レンズのレンズ材は、第３レンズと同様、特殊な非球面形状加工を行うことを考慮してプラスチック（光学樹脂）材料であることが好ましい。
【００１５】
これらの好ましい構成を必要に応じて適宜採用することで、より高性能、かつコンパクトなレンズ系が実現される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施の形態に係る単焦点レンズの構成例を示している。この構成例は、後述の第１の数値実施例（図３，図４）のレンズ構成に対応している。また、図２は、本実施の形態に係る単焦点レンズの他の構成例を示している。図２の構成例は、後述の第２の数値実施例（図５，図６）のレンズ構成に対応している。なお、図１，図２において、符号Ｒｉは、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側（結像側）に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜８）の面の曲率半径を示す。符号Ｄｉは、ｉ番目の面とｉ＋１番目の面との光軸Ｚ１上の面間隔を示す。なお、各構成例共に基本的な構成は同じなので、以下では、図１に示した単焦点レンズの構成を基本にして説明する。
【００１８】
この単焦点レンズは、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子を用いた携帯用モジュールカメラやデジタルカメラ等に搭載されて使用されるものである。この単焦点レンズは、光軸Ｚ１に沿って、第１レンズＧ１、絞りＳｔ、第２レンズＧ２、および第３レンズＧ３が、物体側より順に配設された構成となっている。この単焦点レンズの結像面（撮像面）には、図示しないＣＣＤなどの撮像素子が配置される。ＣＣＤの撮像面付近には、撮像面を保護するためのカバーガラスＣＧが配置されている。第３レンズＧ３と結像面（撮像面）との間には、カバーガラスＣＧのほか、赤外線カットフィルタやローパスフィルタなどの他の光学部材が配置されていても良い。
【００１９】
第１レンズＧ１は、少なくとも１面が非球面形状となっている。第１レンズＧ１は、近軸近傍における形状が両凸形状で正のパワーを有している。第１レンズＧ１の物体側の面を非球面形状にした場合、例えば、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなるような形状であることが好ましい。
【００２０】
第２レンズＧ２は、少なくとも１面が非球面形状であり、かつ近軸近傍において物体側に凹面を向けた正のパワーを有するメニスカス形状となっている。第２レンズＧ２の両面を非球面形状にした場合、例えば、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる非球面形状であり、かつ、像側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる非球面形状となっていることが好ましい。これにより、第２レンズＧ２は、例えば、物体側の面が、近軸近傍では凹面形状で、周辺部では凸面形状となり、像側の面が、近軸近傍では凸面形状で、周辺部では凹面形状となっている。
【００２１】
第３レンズＧ３は、両面が非球面形状であり、かつ正または負のパワーを有し、近軸近傍において物体側の面が凸面形状となっている。第３レンズＧ３のレンズ材料は、プラスチック材料よりなる。第３レンズＧ３の非球面形状は、有効径の範囲内で、物体側の面が、周辺に行くほど正のパワーが弱くなる形状であり、かつ、像側の面が、周辺に行くほど負のパワーが弱くなる形状となっていることが好ましい。これにより、第３レンズＧ３は、例えば、物体側の面が、近軸近傍では凸面形状で、周辺部では凹面形状となり、像側の面が、近軸近傍では凹面形状で、周辺部では凸面形状となっている。
【００２２】
なお、本実施の形態において、近軸近傍におけるレンズ形状は、例えば後述の非球面式（Ａ）において、係数Ｋに係る部分（係数Ａ_iに係る多項式部分を除いた部分）によって表される。
【００２３】
この単焦点レンズは、以下の条件式（１）〜（３）を満足するように構成されている。ただし、式（１）〜（３）において、ｆは全体の焦点距離を示し、ｆ１は第１レンズＧ１の焦点距離を示し、νｄ１はｄ線に対する第１レンズＧ１のアッベ数を示し、Ｄ２は第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との間の空気間隔を示している。
０．８＜ｆ１／ｆ＜２．０ ……（１）
６０＜νｄ１ ……（２）
０．２＜Ｄ２／ｆ＜０．５ ……（３）
【００２４】
この単焦点レンズにおいて、第１レンズＧ１のレンズ材は、ガラス材料、特に、光学性能を考慮して、低分散のガラス材料によるガラスモールドレンズであることが好ましい。一方、第２レンズＧ２および第３レンズＧ３のレンズ材は、特殊な非球面形状加工を行うため、光学樹脂材料（プラスチックレンズ）で構成されていることが好ましい。
【００２５】
次に、以上のように構成された単焦点レンズの作用および効果を説明する。
【００２６】
この単焦点レンズでは、近軸において正のパワーを有する第１レンズＧ１および第２レンズＧ２と、ブラスチック材料よりなる両面非球面形状の第３レンズＧ３とを物体側から順に配設し、かつ、絞りＳｔを第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との間に配設し、第１レンズＧ１の焦点距離やアッベ数などに関する所定の条件式（１）〜（３）を満たして各レンズの形状、パワー配分、硝材などを適切なものにすることで、３枚という少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、高い性能とコンパクトなレンズ系を実現している。
【００２７】
軸上の性能を向上させるためには、色収差を低減することが有効である。この単焦点レンズでは、第１レンズＧ１のレンズ材に、例えば低分散のガラス材料によるガラスモールドレンズを用いることで、色収差の補正効果を持たせている。また軸上の性能を向上させるために、絞りＳｔを第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との間に配設し、第１レンズＧ１の近軸近傍における形状を両凸形状としている。
【００２８】
またこの単焦点レンズでは、各レンズに非球面を用いることで、大きな収差補正効果が得られる。特に、各レンズの非球面形状を、近軸近傍と周辺部とで形状およびパワーが異なるような特殊な形状とした場合には、像面湾曲の補正を始めとして、収差補正に関してより大きな効果が得られる。
【００２９】
条件式(１）は、第１レンズＧ１の焦点距離に関するものである。条件式(１）の数値範囲を上回ると、第１レンズＧ１のパワーが小さくなり過ぎて像面湾曲の補正が困難となる。ところで一般に、デジタルカメラ等においては、ＣＣＤ等の撮像素子の特性上、光線が撮像面に垂直に近い状態で入射することが望ましい。従って、デジタルカメラ等に搭載される単焦点レンズでは、テレセントリック性が確保されていることが望ましい。条件式(１）の数値範囲を下回ると、射出光線角度が大きくなり、テレセントリック性が悪化するため好ましくない。
【００３０】
条件式(２）は、第１レンズＧ１のアッベ数に関するものである。この数値範囲を外れると色収差の補正が困難になる。条件式（３）は、第１レンズＧ１と第２レンズＧ２との間の空気間隔に関するものである。条件式（３）の数値範囲を上回ると、全長が長くなり過ぎコンパクト性に欠けるので、好ましくない。下回ると、射出光線角度が大きくなり、テレセントリック性が悪化するため好ましくない。
【００３１】
このように、本実施の形態に係る単焦点レンズによれば、３枚という少ないレンズ枚数で非球面を有効に用いることにより、携帯用モジュールカメラにも搭載可能なコンパクト性を満足しつつ、性能面ではデジタルカメラへの搭載をも視野に入れた、ローコストで高性能な撮像レンズが実現できる。
【００３２】
【実施例】
次に、本実施の形態に係る単焦点レンズの具体的な数値実施例について説明する。以下では、第１および第２の数値実施例（実施例１，２）をまとめて説明する。図３，図４は、図１に示した単焦点レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例１）を示している。また、図５，図６は、図２に示した単焦点レンズの構成に対応する具体的なレンズデータ（実施例２）を示している。図３および図５には、その実施例のレンズデータのうち基本的なデータ部分を示し、図４および図６には、その実施例のレンズデータのうち非球面形状に関するデータ部分を示す。
【００３３】
各図に示したレンズデータにおける面番号Ｓｉの欄には、各実施例の単焦点レンズについて、最も物体側の構成要素の面を１番目として、像側に向かうに従い順次増加するようにして符号を付したｉ番目（ｉ＝１〜８）の面の番号を示している。曲率半径Ｒｉの欄には、図１，図２で付した符号Ｒｉに対応させて、物体側からｉ番目の面の曲率半径の値を示す。面間隔Ｄｉの欄についても、図１，図２で付した符号に対応させて、物体側からｉ番目の面Ｓｉとｉ＋１番目の面Ｓｉ＋１との光軸上の間隔を示す。曲率半径Ｒｉおよび面間隔Ｄｉの値の単位はミリメートル（ｍｍ）である。Ｎdｊ，νdｊの欄には、それぞれ、カバーガラスＣＧも含めて、物体側からｊ番目（j＝１〜４）のレンズ要素のｄ線（５８７．６ｎｍ）に対する屈折率およびアッベ数の値を示す。なお、カバーガラスＣＧの両面の曲率半径Ｒ７，Ｒ８の値が０（ゼロ）となっているが、これは、平面であることを示す。図３および図５にはまた、諸データとして、全系の焦点距離ｆ（ｍｍ）、Ｆナンバー（ＦＮＯ．）、画角２ω（ω：半画角）の値を同時に示す。
【００３４】
図３および図５の各レンズデータにおいて、面番号の左側に付された記号「＊」は、そのレンズ面が非球面形状であることを示す。各実施例共に、第１〜第３レンズＧ１〜Ｇ３のすべての面Ｓ１〜Ｓ６が非球面形状となっている。基本レンズデータには、これらの非球面の曲率半径として、光軸近傍（近軸近傍）の曲率半径の数値を示している。
【００３５】
図４および図６の各非球面データの数値において、記号“Ｅ”は、その次に続く数値が１０を底とした“べき指数”であることを示し、その１０を底とした指数関数で表される数値が“Ｅ”の前の数値に乗算されることを示す。例えば、「１．０Ｅ−０２」であれば、「１．０×１０^-2」であることを示す。
【００３６】
各非球面データには、以下の式（Ａ）によって表される非球面形状の式における各係数Ａ_i，Ｋの値を記す。Ｚは、より詳しくは、光軸から高さｈの位置にある非球面上の点から、非球面の頂点の接平面（光軸に垂直な平面）に下ろした垂線の長さ（ｍｍ）を示す。
【００３７】
Ｚ＝Ｃ・ｈ²／｛１＋（１−Ｋ・Ｃ²・ｈ²）^1/2｝＋Ａ₃・ｈ³＋Ａ₄・ｈ⁴＋Ａ₅・ｈ⁵＋Ａ₆・ｈ⁶＋Ａ₇・ｈ⁷＋Ａ₈・ｈ⁸＋Ａ₉・ｈ⁹＋Ａ₁₀・ｈ¹⁰ ……（Ａ）
ただし、
Ｚ：非球面の深さ（ｍｍ）
ｈ：光軸からレンズ面までの距離（高さ）（ｍｍ）
Ｋ：離心率
Ｃ：近軸曲率＝１／Ｒ
（Ｒ：近軸曲率半径）
Ａ_i：第ｉ次（ｉ＝３〜１０）の非球面係数
【００３８】
各実施例共に、第１レンズＧ１の両面Ｓ１，Ｓ２および第２レンズＧ２の両面Ｓ３，Ｓ４の非球面形状は、非球面係数として、偶数次の係数Ａ₄，Ａ₆，Ａ₈，Ａ₁₀のみを有効に用いて表されている。第３レンズＧ３の両面Ｓ５，Ｓ６の非球面形状は、さらに奇数次の非球面係数Ａ₃，Ａ₇，Ａ₉をも有効に用いている。
【００３９】
図７は、上述の条件式（１）〜（３）に対応する値を、各実施例についてまとめて示したものである。図７に示したように、各実施例の値が、条件式（１）〜（３）の数値範囲内となっている。
【００４０】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、実施例１の単焦点レンズにおける球面収差、非点収差、およびディストーション（歪曲収差）を示している。各収差図には、ｄ線を基準波長とした収差を示すが、球面収差図には、ｇ線（波長４３５．８ｎｍ），Ｃ線（波長６５６．３ｎｍ）についての収差も示す。非点収差図において、実線はサジタル方向、破線はタンジェンシャル方向の収差を示す。同様に、実施例２についての諸収差を図９（Ａ）〜（Ｃ）に示す。
【００４１】
以上の各レンズデータおよび各収差図から分かるように、各実施例について、良好に収差補正がなされている。また、全長のコンパクト化が図られている。
【００４２】
なお、本発明は、上記実施の形態および各実施例に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、各レンズ成分の曲率半径、面間隔および屈折率の値などは、上記各数値実施例で示した値に限定されず、他の値をとり得る。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の単焦点レンズによれば、近軸において正のパワーを有する第１レンズおよび第２レンズと、ブラスチック材料よりなる両面非球面形状の第３レンズとを物体側から順に配設し、かつ、絞りを第１レンズと第２レンズとの間に配設し、第１レンズの焦点距離やアッベ数などに関する所定の条件式（１）〜（３）を満たして各レンズの形状、パワー配分、硝材などを最適化するようにしたので、少ないレンズ枚数でローコスト化を図りながら、非球面を有効に用い、高性能、かつコンパクトな構成を実現できる。
【００４４】
特に、本発明の単焦点レンズにおいて、第１レンズのレンズ材をガラス材料にし、例えば低分散のガラス材料によるガラスモールドレンズにすることで、高性能化を図り易くなる。また、第２レンズおよび第３レンズのレンズ材をプラスチック材料にした場合には、第２レンズおよび第３レンズにおける特殊な非球面加工がし易くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る単焦点レンズの構成例を示すものであり、実施例１に対応するレンズ断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る単焦点レンズの他の構成例を示すものであり、実施例２に対応するレンズ断面図である。
【図３】実施例１に係る単焦点レンズの基本レンズデータを示す図である。
【図４】実施例１に係る単焦点レンズの非球面に関するデータを示す図である。
【図５】実施例２に係る単焦点レンズの基本レンズデータを示す図である。
【図６】実施例２に係る単焦点レンズの非球面に関するデータを示す図である。
【図７】各実施例に係る単焦点レンズが満たす条件式の値を示す図である。
【図８】実施例１に係る単焦点レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【図９】実施例２に係る単焦点レンズの球面収差、非点収差、およびディストーションを示す収差図である。
【符号の説明】
ＣＧ…カバーガラス、Ｇｊ…物体側から第ｊ番目のレンズ、Ｒｉ…物体側から第ｉ番目のレンズ面の曲率半径、Ｄｉ…物体側から第ｉ番目と第ｉ＋１番目のレンズ面との面間隔、Ｚ１…光軸。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a single focus lens particularly suitable for mounting on a small-sized imaging device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, with the spread of personal computers to ordinary homes and the like, digital still cameras (hereinafter simply referred to as digital cameras) capable of inputting image information such as photographed landscapes and human images to personal computers have rapidly spread. It's getting on. In addition, with the advancement of functions of mobile phones, module cameras for image input (mobile module cameras) are often mounted on mobile phones.
[0003]
In these image pickup apparatuses, an image pickup element such as a charge coupled device (CCD) or a complementary metal oxide semiconductor (CMOS) is used. In recent years, such an imaging apparatus has been miniaturized as the entire apparatus because the imaging element has been miniaturized. In addition, the number of pixels of the image sensor has been increased, and higher resolution and higher performance have been achieved.
[0004]
As an imaging lens used for such an imaging device, for example, there are those described in the following patent documents. Patent Documents 1 to 3 describe a three-lens imaging lens. Patent Document 4 describes an imaging lens having a four-lens configuration. In the imaging lens described in Patent Document 1, there is a position of a diaphragm between the second lens and the third lens from the object side. In the imaging lens described in Patent Document 2, there is a position of a diaphragm between the first lens and the second lens from the object side. In the imaging lens described in Patent Document 3, the position of the stop is closest to the object side of the lens system. In the imaging lenses described in each patent document, the most object side lens has a meniscus shape.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-48516 [Patent Document 2]
JP 2002-221659 A [Patent Document 3]
US Pat. No. 6,441,971 [Patent Document 4]
JP-T-2002-517773 Publication [0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, recent image pickup devices have been reduced in size and increased in pixels, and accordingly, an image pickup lens for a digital camera, in particular, is required to have high resolution performance and a compact configuration. On the other hand, the imaging lens of a portable module camera has conventionally been mainly required for cost and compactness. However, recently, the imaging module of a portable module camera is also increasing in number of pixels, and the performance is reduced. The demand is getting higher.
[0007]
Therefore, it is desired to develop a wide variety of lenses that comprehensively consider cost, performance, and compactness. For example, there is a demand for the development of a low-cost and high-performance imaging lens that satisfies the compactness that can be mounted on a portable module camera and has a performance in view of mounting on a digital camera.
[0008]
In order to meet such demands, for example, it is conceivable that the number of lenses is three or four in order to achieve compactness and low cost, and an aspherical surface is actively used in order to achieve high performance. . In this case, the aspherical surface contributes to compactness and high performance, but it is disadvantageous in terms of manufacturability and tends to be costly. Therefore, it is desirable to fully consider manufacturability. The lenses described in each of the above patent documents have a configuration using three or four aspheric surfaces, but the above-described overall performance is insufficient. Or is lacking. In general, a three-lens configuration is sufficient for a portable module camera in terms of performance, but tends to be insufficient in terms of performance for a digital camera. In addition, the four-lens configuration can improve the performance as compared with the three-lens configuration, but tends to be disadvantageous in terms of cost and compactness.
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is a single focus lens capable of realizing a high-performance and compact configuration by effectively using an aspheric surface while reducing the cost with a small number of lenses. Is to provide.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
A single focus lens according to the present invention includes, in order from the object side, a first lens having a positive power in which at least one surface has an aspherical shape and a shape in the vicinity of a paraxial shape has a biconvex shape, a stop, and at least one surface And a meniscus second lens having a positive power with the concave surface facing the object side in the vicinity of the paraxial axis, and both surfaces having an aspherical shape and having a positive or negative power, a paraxial axis In the vicinity, the object side surface is composed of a third lens made of a convex plastic material , and is configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (3).
[0011]
0.8 <f1 / f <2.0 (1)
60 <νd1 (2)
0.2 <D2 / f <0.5 (3)
Where f represents the overall focal length, f1 represents the focal length of the first lens, νd1 represents the Abbe number of the first lens with respect to the d line, and D2 represents the air between the first lens and the second lens. Shows the interval.
[0012]
In the single focus lens according to the present invention, the first lens and the second lens having positive power in the paraxial, and the double-sided aspherical third lens made of a plastic material are sequentially arranged from the object side, and An aperture is disposed between the first lens and the second lens, and satisfies the predetermined conditional expressions (1) to (3) relating to the focal length, Abbe number, etc. of the first lens, and the shape and power distribution of each lens. By making glass materials appropriate, the aspherical surface is used effectively while reducing the cost with a small number of lenses of three, and high optical performance that can be applied not only to portable module cameras but also to digital cameras. can get.
[0013]
In this single focus lens, it is preferable that the first lens has an aspherical shape in which the object-side surface becomes weaker toward the periphery within the effective diameter range. The second lens has an aspherical shape in which the negative power decreases as the object-side surface goes to the periphery within the effective diameter range, and the positive power increases as the image-side surface goes to the periphery. A non-spherical shape that weakens is preferred. The third lens has an aspherical shape in which the positive power decreases as the object-side surface goes to the periphery within the effective diameter range, and the negative power decreases as the image-side surface goes to the periphery. A non-spherical shape that weakens is preferred.
[0014]
In the single focus lens, the lens material of the first lens is preferably a glass mold lens made of a glass material, particularly a low dispersion glass material in consideration of optical performance. The lens material of the second lens is preferably a plastic (optical resin) material in consideration of performing a special aspherical shape processing, like the third lens.
[0015]
By adopting these preferable configurations as needed, a higher performance and compact lens system can be realized.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
FIG. 1 shows a configuration example of a single focus lens according to an embodiment of the present invention. This configuration example corresponds to the lens configuration of a first numerical example (FIGS. 3 and 4) described later. FIG. 2 shows another configuration example of the single focus lens according to the present embodiment. The configuration example of FIG. 2 corresponds to the lens configuration of a second numerical example (FIGS. 5 and 6) described later. In FIG. 1 and FIG. 2, the symbol Ri is the i-th (i) (i) (i) where the surface of the most object-side component is the first and increases sequentially toward the image side (imaging side). = 1 to 8) indicates the radius of curvature of the surface. The symbol Di indicates the surface interval on the optical axis Z1 between the i-th surface and the i + 1-th surface. Since the basic configuration is the same in each configuration example, the following description is based on the configuration of the single focus lens shown in FIG.
[0018]
This single focus lens is used by being mounted on, for example, a portable module camera or a digital camera using an image sensor such as a CCD or a CMOS. This single focus lens has a configuration in which a first lens G1, a diaphragm St, a second lens G2, and a third lens G3 are arranged in this order from the object side along the optical axis Z1. An imaging element such as a CCD (not shown) is disposed on the imaging surface (imaging surface) of the single focus lens. A cover glass CG for protecting the imaging surface is disposed near the imaging surface of the CCD. In addition to the cover glass CG, other optical members such as an infrared cut filter and a low-pass filter may be disposed between the third lens G3 and the imaging surface (imaging surface).
[0019]
The first lens G1 has at least one aspherical shape. The first lens G1 has a biconvex shape in the vicinity of the paraxial axis and has positive power. When the object-side surface of the first lens G1 is aspherical, for example, it is preferable that the object-side surface has a shape in which the positive power becomes weaker toward the periphery within the effective diameter range. .
[0020]
The second lens G2 has at least one aspherical shape and a meniscus shape having a positive power with the concave surface facing the object side in the vicinity of the paraxial. When both surfaces of the second lens G2 are aspherical, for example, within the effective diameter range, the object side surface has an aspherical shape in which the negative power becomes weaker toward the periphery, and the image side It is preferable that the surface has an aspherical shape in which the positive power becomes weaker toward the periphery. Thereby, for example, the second lens G2 has, for example, an object-side surface that is concave in the vicinity of the paraxial shape and has a convex shape in the peripheral portion, and an image-side surface that has a convex shape in the vicinity of the paraxial shape and a concave surface in the peripheral portion. It has a shape.
[0021]
The third lens G3 has aspherical surfaces on both sides, positive or negative power, and a convex surface on the object side near the paraxial axis. The lens material of the third lens G3 is made of a plastic material. The aspherical shape of the third lens G3 is a shape in which the positive power decreases as the object-side surface goes to the periphery within the effective diameter range, and the image-side surface goes negative as it goes to the periphery. It is preferable to have a shape that weakens the power. Thereby, for example, the third lens G3 has a convex surface in the vicinity of the paraxial surface and a concave shape in the peripheral portion, and a concave surface in the vicinity of the paraxial surface, and a convex surface in the peripheral portion. It has a shape.
[0022]
In the present embodiment, the lens shape in the vicinity of the paraxial axis is represented by, for example, a part relating to the coefficient K (a part excluding the polynomial part relating to the coefficient A _i ) in an aspherical expression (A) described later.
[0023]
This single focus lens is configured to satisfy the following conditional expressions (1) to (3). In equations (1) to (3), f represents the overall focal length, f1 represents the focal length of the first lens G1, νd1 represents the Abbe number of the first lens G1 with respect to the d line, and D2 represents The air space between the first lens G1 and the second lens G2 is shown.
0.8 <f1 / f <2.0 (1)
60 <νd1 (2)
0.2 <D2 / f <0.5 (3)
[0024]
In the single focus lens, the lens material of the first lens G1 is preferably a glass mold lens made of a glass material, particularly a low-dispersion glass material in consideration of optical performance. On the other hand, the lens materials of the second lens G2 and the third lens G3 are preferably made of an optical resin material (plastic lens) in order to perform special aspherical shape processing.
[0025]
Next, the operation and effect of the single focus lens configured as described above will be described.
[0026]
In this single focus lens, a first lens G1 and a second lens G2 having a positive power in the paraxial, and a double-sided aspherical third lens G3 made of a plastic material are sequentially arranged from the object side, and The aperture stop St is disposed between the first lens G1 and the second lens G2, and satisfies predetermined conditional expressions (1) to (3) relating to the focal length, Abbe number, etc. of the first lens G1 and By optimizing the shape, power distribution, glass material, etc., high performance and a compact lens system are realized while achieving low cost with a small number of lenses of three.
[0027]
In order to improve on-axis performance, it is effective to reduce chromatic aberration. In this single focus lens, for example, a glass mold lens made of a low-dispersion glass material is used as the lens material of the first lens G1, thereby giving a chromatic aberration correction effect. In order to improve the axial performance, the stop St is disposed between the first lens G1 and the second lens G2, and the shape of the first lens G1 in the vicinity of the paraxial is a biconvex shape.
[0028]
In this single focus lens, a large aberration correction effect can be obtained by using an aspheric surface for each lens. In particular, if the aspherical shape of each lens is a special shape that differs in shape and power in the vicinity of the paraxial region and the peripheral region, it has a greater effect on aberration correction, including correction of field curvature. can get.
[0029]
Conditional expression (1) relates to the focal length of the first lens G1. If the numerical value range of the conditional expression (1) is exceeded, the power of the first lens G1 becomes too small and it becomes difficult to correct curvature of field. By the way, in general, in a digital camera or the like, it is desirable that a light beam is incident in a state of being nearly perpendicular to the imaging surface because of characteristics of an imaging element such as a CCD. Therefore, it is desirable that the telecentricity is secured in a single focus lens mounted on a digital camera or the like. Below the numerical range of the conditional expression (1), the exit ray angle becomes large, and the telecentricity deteriorates, which is not preferable.
[0030]
Conditional expression (2) relates to the Abbe number of the first lens G1. Outside this numerical range, it becomes difficult to correct chromatic aberration. Conditional expression (3) relates to the air gap between the first lens G1 and the second lens G2. Exceeding the numerical range of conditional expression (3) is not preferable because the total length becomes too long and the compactness is insufficient. If it is below, the angle of emitted light becomes large and the telecentricity deteriorates, which is not preferable.
[0031]
As described above, according to the single focus lens according to the present embodiment, the aspherical surface is effectively used with the small number of lenses of three, thereby satisfying the compactness that can be mounted on the portable module camera and the performance. On the surface, it is possible to realize a low-cost and high-performance imaging lens with a view to mounting on a digital camera.
[0032]
【Example】
Next, specific numerical examples of the single focus lens according to the present embodiment will be described. Hereinafter, the first and second numerical examples (Examples 1 and 2) will be described together. 3 and 4 show specific lens data (Example 1) corresponding to the configuration of the single focus lens shown in FIG. 5 and 6 show specific lens data (Example 2) corresponding to the configuration of the single focus lens shown in FIG. 3 and 5 show basic data portions of the lens data of the embodiment, and FIGS. 4 and 6 show data portions relating to the aspherical shape of the lens data of the embodiment.
[0033]
In the field of the surface number Si in the lens data shown in each figure, for the single focus lens of each example, the surface of the component on the most object side is the first, and the number is sequentially increased toward the image side. The number of the i-th surface (i = 1 to 8) marked with is shown. The column of the radius of curvature Ri indicates the value of the radius of curvature of the i-th surface from the object side, corresponding to the symbol Ri attached in FIGS. The column of the surface interval Di also indicates the interval on the optical axis between the i-th surface Si and the i + 1-th surface Si + 1 from the object side, corresponding to the reference numerals given in FIGS. The unit of the value of the curvature radius Ri and the surface interval Di is millimeter (mm). In the columns Ndj and νdj, the values of the refractive index and Abbe number for the d-line (587.6 nm) of the j-th lens element (j = 1 to 4) from the object side, including the cover glass CG, are shown. . In addition, although the value of curvature radius R7, R8 of both surfaces of the cover glass CG is 0 (zero), this shows that it is a plane. 3 and 5 also show values of the focal length f (mm), F number (FNO.), And angle of view 2ω (ω: half angle of view) of the entire system as various data.
[0034]
In each lens data of FIGS. 3 and 5, the symbol “*” attached to the left side of the surface number indicates that the lens surface has an aspherical shape. In each embodiment, all the surfaces S1 to S6 of the first to third lenses G1 to G3 are aspherical. In the basic lens data, the numerical value of the radius of curvature near the optical axis (near the paraxial axis) is shown as the radius of curvature of these aspheric surfaces.
[0035]
4 and 6, the symbol “E” indicates that the next numerical value is a “power exponent” with 10 as the base, and is an exponential function with 10 as the base. Indicates that the numerical value represented is multiplied by the numerical value before “E”. For example, “1.0E-02” indicates “1.0 × 10 ⁻² ”.
[0036]
In each aspheric surface data, the values of the coefficients A _i and K in the aspheric surface expression represented by the following expression (A) are described. More specifically, Z is the length (mm) of a perpendicular line drawn from a point on the aspheric surface at a height h from the optical axis to the tangential plane (plane perpendicular to the optical axis) of the apex of the aspheric surface. Show.
[0037]
Z = C · h ² / {1+ (1−K · C ² · h ² ) ^1/2 } + A ₃ · h ³ + A ₄ · h ⁴ + A ₅ · h ⁵ + A ₆ · h ⁶ + A ₇ · h ⁷ + A ₈・ h ⁸ + A ₉・ h ⁹ + A ₁₀・ h ¹⁰ …… (A)
However,
Z: Depth of aspheric surface (mm)
h: Distance from the optical axis to the lens surface (height) (mm)
K: eccentricity C: paraxial curvature = 1 / R
(R: paraxial radius of curvature)
A _i : i-th (i = 3 to 10) aspheric coefficient
In each of the embodiments, the aspheric shapes of both surfaces S1, S2 of the first lens G1 and both surfaces S3, S4 of the second lens G2 are even-order coefficients A ₄ , A ₆ , A ₈ , A ₁₀ as aspheric coefficients. It is expressed using only effectively. The aspheric shapes of both surfaces S5 and S6 of the third lens G3 also effectively use odd-order aspheric coefficients A ₃ , A ₇ and A ₉ .
[0039]
FIG. 7 collectively shows values corresponding to the above-described conditional expressions (1) to (3) for each example. As shown in FIG. 7, the value of each Example is in the numerical range of conditional expressions (1) to (3).
[0040]
8A to 8C show spherical aberration, astigmatism, and distortion (distortion aberration) in the single focus lens of Example 1. FIG. Each aberration diagram shows aberrations with the d-line as a reference wavelength, while the spherical aberration diagram also shows aberrations for the g-line (wavelength 435.8 nm) and C-line (wavelength 656.3 nm). In the astigmatism diagram, the solid line indicates the sagittal direction and the broken line indicates the tangential direction. Similarly, various aberrations for Example 2 are shown in FIGS.
[0041]
As can be seen from the lens data and aberration diagrams described above, the aberration correction is satisfactorily performed for each example. Also, the overall length is made compact.
[0042]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment and each Example, A various deformation | transformation implementation is possible. For example, the radius of curvature, the surface interval, and the refractive index of each lens component are not limited to the values shown in the above numerical examples, and may take other values.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the single focus lens of the present invention, the first lens and the second lens having a positive power in the paraxial and the double-sided aspherical third lens made of a plastic material are arranged on the object side. And a diaphragm is disposed between the first lens and the second lens, and satisfies predetermined conditional expressions (1) to (3) relating to the focal length, Abbe number, etc. of the first lens. Since the shape, power distribution, and glass material of each lens are optimized, it is possible to realize a high-performance and compact configuration by effectively using an aspherical surface while effectively reducing the cost with a small number of lenses.
[0044]
In particular, in the single focus lens of the present invention, the lens material of the first lens is made of a glass material, for example, a glass mold lens made of a low-dispersion glass material. Further, when the lens material of the second lens and the third lens is made of a plastic material, it becomes easy to perform special aspherical processing on the second lens and the third lens.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a lens corresponding to Example 1, showing a configuration example of a single focus lens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a lens cross-sectional view corresponding to Example 2, showing another configuration example of a single focus lens according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating basic lens data of a single focus lens according to Example 1;
4 is a diagram illustrating data relating to an aspherical surface of a single focus lens according to Example 1. FIG.
5 is a diagram illustrating basic lens data of a single focus lens according to Example 2. FIG.
6 is a diagram illustrating data relating to an aspherical surface of a single focus lens according to Example 2. FIG.
FIG. 7 is a diagram illustrating values of conditional expressions satisfied by a single focus lens according to each embodiment.
FIG. 8 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the single focus lens according to Example 1;
FIG. 9 is an aberration diagram showing spherical aberration, astigmatism, and distortion of the single focus lens according to Example 2;
[Explanation of symbols]
CG ... cover glass, Gj ... j-th lens from the object side, Ri ... radius of curvature of the i-th lens surface from the object side, Di ... surface distance between the i-th and i + 1-th lens surfaces from the object side , Z1... Optical axis.

Claims

From the object side,
A first lens having a positive power in which at least one surface is aspherical and the shape in the vicinity of the paraxial axis is a biconvex shape;
Aperture,
A meniscus second lens having a positive power in which at least one surface is aspherical and has a concave surface facing the object side in the vicinity of the paraxial axis;
A double-sided aspherical surface and having a positive or negative power, and a third lens made of a plastic material having a convex surface near the paraxial surface on the object side ;
And it is comprised so that the following conditional expressions (1)-(3) may be satisfied. The single focus lens characterized by the above-mentioned.
0.8 <f1 / f <2.0 (1)
60 <νd1 (2)
0.2 <D2 / f <0.5 (3)
However,
f: Overall focal length f1: Focal length of the first lens νd1: Abbe number of the first lens with respect to the d-line D2: Air spacing between the first lens and the second lens

The object side surface of the first lens has an aspherical shape, and the shape is within the effective diameter range, and the positive power decreases toward the periphery,
Both surfaces of the second lens are aspherical, and the shape is such that the object side surface has a negative power weakening toward the periphery within the effective diameter range, and the image side surface. However, as it goes to the periphery, the positive power weakens,
The aspherical shape of the third lens is such that the positive power decreases as the object side surface goes to the periphery within the range of the effective diameter, and the image side surface goes negative as it goes to the periphery. The single-focus lens according to claim 1, which has a shape in which the power of the lens becomes weak.

The first lens is made of a glass material,
The single-focus lens according to claim 1, wherein the second lens is made of a plastic material.