JP4174553B1

JP4174553B1 - 撮像レンズ

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Publication number: JP4174553B1
Application number: JP2008008130A
Authority: JP
Inventors: 弘之寺岡; 淳二北村; 昌男西山
Original assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Komatsulite Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-01-17
Filing date: 2008-01-17
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2028-01-17
Also published as: JP2009169165A; US20090185294A1; US7852573B2

Abstract

【課題】撮像レンズ全体の焦点距離及び光学長の短い、２枚のレンズで構成される、小型で、光学特性が良好な撮像レンズの提供。
【解決手段】物体から像面側へ向かって順に、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正のパワーを有する第2レンズＬ２を配置し、下記の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．３０＜Ｒ１／Ｒ２＜０．６５（１）
０．３０＜ｄ３／ｆ＜０．５０（２）
【選択図】図１

Description

本発明は撮像レンズに関する。特に、高画素用ＣＣＤ、ＣＯＭＳ等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、小型で良好な光学特性を有する２枚のレンズで構成され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、従来以上に、小型、軽量で、良好な光学特性を有する撮像レンズが求められている。

従来、小型化と良好な光学特性をともに満足させる撮像レンズに関し、多くの研究開発が行われている。ＣＣＤなどの固体撮像素子の高性能化により、撮像レンズに求められる小型化や光学特性のレベルは高くなっている。撮像レンズを小型化するには、構成するレンズ枚数が少ないほど有利となる。一方、光学特性に関しては、レンズ枚数が多くなるほど、諸収差の補正が好適に行え、良好な光学特性を有する撮像レンズを得ることが容易となる。これらを考慮して、小型化と良好な光学特性とをバランスさせた２枚のレンズで構成される撮像レンズが提案されている。

特許文献１には、物体から順に、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レンズと両凸の正のパワーを有する第２レンズで構成される撮像レンズが開示されている。開示されている撮像レンズは、第１レンズの中心厚が厚く、物体側面及び像面側面の曲率半径が大きいため、撮像レンズ全体の焦点距離は比較的長くなり易く、小型化や収差の補正が不十分となることがある。なお、本発明でのパワーは焦点距離の逆数で表される量を意味する。

特許文献２には、物体から順に、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レンズと両凸の正のパワーを有する第２レンズで構成される撮像レンズが開示されている。開示されている撮像レンズは、特許文献１と同様で、第１レンズの中心厚が厚く、物体側面及び像面側面の曲率半径が大きいため、撮像レンズ全体の焦点距離は比較的長くなり易く、小型化や収差の補正が不十分となることがある。

特開２００５−１２１６８５号公報特開２００６−３５０２７５号公報

本発明は、上記従来例の問題点を解決するためになされたものであり、撮像レンズ全体の焦点距離が短く、中心厚の薄い２枚のレンズで構成される、小型で、光学特性が良好な撮像レンズの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、鋭意検討した結果、第１レンズのメニスカス形状と第２レンズの中芯厚と撮像レンズ全体の焦点距離の関係を特定化することより、本発明の目的の撮像レンズが得られることを見出し、本発明に到達した。

請求項１の発明の撮像レンズは、物体から像面側へ向かって順に、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正のパワーを有する第2レンズを配置し、下記の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像レンズである。
０．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜０．６５（１）
０．３０＜ｄ３／ｆ＜０．５０（２）
但し、
Ｒ１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズの像面側の面の曲率半径
ｄ３：第２レンズの中心厚
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離
である。

請求項２の発明の撮像レンズは、第２レンズが両凸の正パワーのレンズである請求項１記載の撮像レンズである。

請求項３の発明の撮像レンズは、下記の条件式（３）及び（４）を満足することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の撮像レンズである。
０．６０＜ｄ１／ｄ２＜１．８０（３）
０．４０＜ｄ１／ｄ３＜０．８５（４）
但し、
ｄ１：第１レンズの中心厚
ｄ２：第１レンズの像面側の面と第２レンズの物体側の面との間の距離
ｄ３：第２レンズの中心厚
である。

請求項１の発明によれば、物体から像面側へ向かって順に、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正のパワーを有する第2レンズを配置し、上記条件式（１）及び（２）を満足することにより、本発明の目的の２枚レンズ構成の小型で、光学特性の良好な撮像レンズを得ることができる。得られる撮像レンズは、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、これらの機器の小型、軽量化や高性能化に寄与する。

請求項２の発明によれば、請求項１記載の発明において、第２レンズを両凸の正パワーのレンズとすることにより、本発明の目的の２枚レンズ構成のレンズ厚の薄い小型で、光学特性の良好な撮像レンズを得ることがより容易となる。

請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２のいずれかの発明の撮像レンズにおいて、上記条件式（３）及び（４）を満足することにより、本発明の目的の２枚レンズ構成の小型で、光学特性の良好な撮像レンズを得ることがより容易となる。

本発明に係る撮像レンズＬＡの一実施形態について、以下、図面を参照しつつ説明する。本発明の一実施形態にかかる撮像レンズの構成図を図１に示す。この撮像レンズＬＡは、物体側（図示せず）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枚のレンズで構成されるレンズ系である。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、ローパスフィルタ等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より物体側（図示せず）へ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可能となる。

第1レンズＬ１は１面以上が非球面、好ましくは両面が非球面の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レンズである。第２レンズＬ２は１面以上が非球面、好ましくは両面が非球面の像面側に凸面を向けた正のパワーを有するレンズである。第２レンズＬ２として、１面以上が非球面、好ましくは両面が非球面の正のパワーを有する両凸レンズを使用することはより好ましい。

本発明では、小型で、良好な撮像レンズＬＡを得るため、第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径Ｒ１と像側面の曲率半径Ｒ２の関係を条件式（１）で、第２レンズＬ２の中心厚ｄ３と撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆの関係を条件式（２）とした。
０．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜０．６５（１）
０．３０＜ｄ３／ｆ＜０．５０（２）

条件式（１）は、第１レンズＬ１のメニスカス度合を規定する。本発明では、条件式（１）を満足することが好ましい。第１レンズＬ１の物体側の面の曲率半径Ｒ１と第１レンズＬ１の像面側の面の曲率半径Ｒ２の比、Ｒ１／Ｒ２が条件式（１）の下限以下では、第１レンズＬ１の前方主点位置が像側へ近づき撮像レンズＬＡの小型化が困難になることがある。一方、上限以上では、歪曲収差の補正が困難になる。

条件式（２）は、第２レンズＬ２の中心厚ｄ３と撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆの関係を規定する。本発明では、条件式（２）を満足することが好ましく、更に、好ましい条件式は、０．３３＜ｄ３／ｆ＜０．５０である。第２レンズＬ２の中心厚ｄ３と撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆの比、ｄ３／ｆが条件式（２）の下限以下では、小型化は有効になるが、第２レンズＬ２の製造が困難になることがある。一方、上限以上では、小型化もしくはバックフォーカスの確保が困難になることがある。

第１レンズＬ１で発生した収差は、第２レンズＬ２で補正する。そのため、第２レンズＬ２は像面側に凸面を向けた形状、より好ましくは両凸の形状である。また、第１レンズＬ１の中心厚ｄ１と第１レンズＬ１の像側面と第２レンズＬ２の物体側面との間の距離ｄ２との関係が条件式（３）を、第１レンズＬ１の中心厚ｄ１と第２レンズＬ２の中心厚ｄ３との関係が条件式（４）となるようにした。
０．６０＜ｄ１／ｄ２＜１．８０（３）
０．４０＜ｄ１／ｄ３＜０．８５（４）

条件式（３）は、第１レンズＬ１の中心厚ｄ１と第１レンズＬ１の像側面と第２レンズＬ２の物体側面との間の距離ｄ２の関係を規定する。本発明では、条件式（３）を満足することが好ましく、更に、好ましい条件式は、０．６５＜ｄ１／ｄ２＜１．７５である。第１レンズＬ１の中心厚ｄ１と第１レンズＬ１の像面側の面と第２レンズＬ２の物体側の面との間の距離ｄ２との比、ｄ１／ｄ２が条件式（３）の下限以下では、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２との間の距離が長くなり、小型化が困難になることがある。一方、上限以上では、諸収差、特に、色収差の補正が困難になることがある。

条件式（４）は、第１レンズＬ１の中心厚ｄ１と第２レンズＬ２の中心厚ｄ３の関係を規定する。本発明では、条件式（４）を満足することが好ましく、より好ましい条件式は、０．５０＜ｄ１／ｄ３＜０．８０である。第１レンズＬ１の中心厚ｄ１と第２レンズＬ２の中心厚ｄ３との比、ｄ１／ｄ３が条件式（４）の下限以下では、撮像レンズＬＡの小型化が難しくなる。一方、上限以上では、第１レンズＬ１の中心厚ｄ１が厚くなり、撮像レンズＬＡの小型化や収差の補正が困難になることがある。

上記の条件式を満足することにより、本発明の撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆを２．０００ｍｍ以下に、第１レンズＬ１の中心厚ｄ１を０．４００ｍｍ以下に、第２レンズＬ２の中心厚ｄ３を０．６００ｍｍ以下にすることが可能となった。

第１レンズＬ１及び第２レンズＬ２は、ガラスあるいは樹脂材料で形成可能である。レンズ材料としてガラスを使用する場合、ガラス転移温度が、４００℃以下のガラス材料を使用することが好ましい。これにより、金型の耐久性を向上させることが可能となる。

レンズ材料には、ＡＳＴＭＤ５４２法に準じて測定されたｄ線の屈折率が１．４５０〜１．６５０の範囲、より好ましくは、１．５００〜１．６００の範囲にあり、かつ、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％以上の光線透過率を有する材料が使用される。

樹脂材料は複雑な面形状のレンズを効率よく製造することが可能であり、生産性の面から、ガラス材料より好ましいレンズ材料である。樹脂材料としては、熱可塑性樹脂であっても、熱硬化性樹脂であっても良い。また、第１レンズＬ１と第２レンズＬ２とは同一の材料であっても、異なる材料であっても良い。

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結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、透明性の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系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く使用される。樹脂材料でのレンズ製造は、射出成形法、圧縮成形法、注型成形法、トランスファー成形法などの公知の成形加工法を利用して製造される。

なお、樹脂材料は温度変化により屈折率が変動することは良く知られている。この変動を抑えるため、平均粒子径１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下のシリカ、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化アルミなどの微粒子が分散混合された前記の透明性を有する樹脂材料をレンズ材料として使用することができる。

レンズが樹脂材料で製造される場合、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。

本発明の撮像レンズ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のそれぞれの物体側、像面側のレンズ表面に反射防止膜、ＩＲカット膜、表面硬化など公知の表面処理を施しても良い。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、中心厚、距離の単位は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
Ｆｎｏ：Ｆナンバー
Ｓ１：絞り
Ｒ：光学面の曲率半径、レンズの場合は中心曲率半径
Ｒ１：第１レンズＬ１の物体側面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像側の面の曲率半径
Ｒ３：第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径
Ｒ４：第２レンズＬ２の像側の面の曲率半径
Ｒ５：ガラス平板ＧＦの物体側の面
Ｒ６：ガラス平板ＧＦの像側の面
ｄ：レンズの中心厚又はレンズ間距離
ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚
ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面と第２レンズＬ２の物体側面との間の距離
ｄ３：第２レンズＬ２の中心厚
ｄ４：第２レンズＬ２の像面側面とガラス平板ＧＦの物体側面との間の距離
ｄ５：ガラス平板ＧＦの中心厚
ｎｄ：ｄ線の屈折率
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
ＴＴＬ：撮像レンズＬＡの光学長

撮像レンズＬＡの第１レンズＬ１、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。

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は非球面係数である。

各レンズ面の非球面は、便宜上、式（５）で表される非球面を使用している。しかしながら、特に、式（５）の非球面多項式に限定するものではない。

（実施例１）
図２は、実施例１の撮像レンズＬＡ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面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの中心厚あるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表１に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表２に示す。

実施例１の撮像レンズＬＡは、表９に示すように条件式（１）〜（４）を満足し、撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆ、光学長ＴＴＬは短い。

実施例１の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図３に、非点収差及び歪曲収差を図４に、倍率色収差を図５に示す。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの収差の結果である。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。以上の結果より、実施例１の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有している。

（実施例２）
図６は、実施例２の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。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面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの中心厚あるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表３に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表４に示す。

実施例２の撮像レンズＬＡは、表９に示すように条件式（１）〜（４）を満足し、撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆ、光学長ＴＴＬは短い。

実施例２の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図７に、非点収差及び歪曲収差を図８に、倍率色収差を図９に示す。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの収差の結果である。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。以上の結果より、実施例２の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有している。

（実施例３）
図１０は、実施例３の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。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面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの中心厚あるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表５に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表６に示す。

実施例３の撮像レンズＬＡは、表９に示すように条件式（１）〜（４）を満足し、撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆ、光学長ＴＴＬは短い。

実施例３の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図１１に、非点収差及び歪曲収差を図１２に、倍率色収差を図１３に示す。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの収差の結果である。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。以上の結果より、実施例３の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有している。

（実施例４）
図１４は、実施例４の撮像レンズＬＡの配置を示す構成図である。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面及び像面側面の曲率半径Ｒ、レンズの中心厚あるいはレンズ間距離ｄ、屈折率ｎｄ、アッベ数νｄを表７に、円錐係数ｋ、非球面係数の値を表８に示す。

実施例４の撮像レンズＬＡは、表９に示すように条件式（１）〜（４）を満足し、撮像レンズＬＡ全体の焦点距離ｆ、光学長ＴＴＬは短い。

実施例４の撮像レンズＬＡの球面収差（軸上色収差）を図１５に、非点収差及び歪曲収差を図１６に、倍率色収差を図１７に示す。なお、各図の収差は、波長４８６ｎｍ、波長５８８ｎｍ、波長６５６ｎｍの３波長におけるそれぞれの収差の結果である。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。以上の結果より、実施例４の撮像レンズＬＡは、小型で、良好な光学特性を有している。

表９に各数値実施例の諸値及び条件式（１）〜（４）で規定したパラメーターに対応する値を示す。尚、表９に示す諸値単位は、ｆ（ｍｍ）、ｆ１（ｍｍ）、ｆ２（ｍｍ）、ＴＴＬ（ｍｍ）である。

本発明の撮像レンズの実施の一形態を示す概略構成図本発明の撮像レンズの実施例１を示す概略構成図実施例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実施例１の撮像レンズの倍率色収差図本発明の撮像レンズの実施例２を示す概略構成図実施例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実施例２の撮像レンズの倍率色収差図本発明の撮像レンズの実施例３を示す概略構成図実施例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実施例３の撮像レンズの倍率色収差図本発明の撮像レンズの実施例４を示す概略構成図実施例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実施例４の撮像レンズの倍率色収差図

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の物体側の面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズＬ１の像面側の面の曲率半径
Ｒ３：第２レンズＬ２の物体側の面の曲率半径
Ｒ４：第２レンズＬ２の像面側の面の曲率半径
Ｒ５：ガラス平板ＧＦの物体側の面
Ｒ６：ガラス平板ＧＦの像面側の面
ｄ１：第１レンズＬ１の中心厚
ｄ２：第１レンズＬ１の像面側面と第２レンズＬ２の物体側面との間の距離
ｄ３：第２レンズＬ２の中心厚
ｄ４：第２レンズＬ２の像面側面とガラス平板ＧＦの物体側面との間の距離
ｄ５：ガラス平板ＧＦの中心厚

Claims

物体から像面側へ向かって順に、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正のパワーを有する第2レンズを配置し、下記の条件式（１）及び（２）を満足することを特徴とする撮像レンズ。
０．５０＜Ｒ１／Ｒ２＜０．６５（１）
０．３０＜ｄ３／ｆ＜０．５０（２）
但し、
Ｒ１：第１レンズの物体側の面の曲率半径
Ｒ２：第１レンズの像面側の面の曲率半径
ｄ３：第２レンズの中心厚
ｆ：撮像レンズ全体の焦点距離
である。
第２レンズが両凸の正のパワーを有するレンズであることを特徴とする請求項１記載の撮像レンズ。
下記の条件式（３）及び（４）を満足することを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の撮像レンズ。
０．６０＜ｄ１／ｄ２＜１．８０（３）
０．４０＜ｄ１／ｄ３＜０．８５（４）
但し、
ｄ１：第１レンズの中心厚
ｄ２：第１レンズの像面側の面と第２レンズの物体側の面との間の距離
ｄ３：第２レンズの中心厚
である。