JP4256442B1 - 撮像レンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】小型で、良好な光学特性を有する3枚のレンズで構成される撮像レンズの提供。
【解決手段】物体から順に、絞りS1、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズL1、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第2レンズL2、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第3レンズL3を配置し、第1レンズの焦点距離をf1、第2レンズの焦点距離をf2、第1レンズの中心厚みをd1、第2レンズの中心厚みをd3とする時、以下の条件式(1)〜(3)を満足する撮像レンズ。 −4.0<f1/f2<−0.1 (1) 4.0<f1/d1<7.0 (2) −80.0<f2/d3<−20.0 (3)
【選択図】図1
【解決手段】物体から順に、絞りS1、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズL1、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第2レンズL2、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第3レンズL3を配置し、第1レンズの焦点距離をf1、第2レンズの焦点距離をf2、第1レンズの中心厚みをd1、第2レンズの中心厚みをd3とする時、以下の条件式(1)〜(3)を満足する撮像レンズ。 −4.0<f1/f2<−0.1 (1) 4.0<f1/d1<7.0 (2) −80.0<f2/d3<−20.0 (3)
【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、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、小型で良好な光学特性を有する3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。これら撮像素子の小型化、高性能化に伴い、撮像装置に使用される撮像レンズにも小型化や良好な光学特性が求められる。
撮像レンズの小型化及び軽量化に関し、従来から1枚構成のレンズ系や2枚構成のレンズ系の撮像レンズが提案されている。しかしながら、これらのレンズ系は、小型化及び軽量化には有利であるが、撮像レンズに要求される高画質、高解像度等の高性能化に関しては不十分である。
そのため、3枚のレンズ構成により、高画質、高解像度に対応する撮像レンズの技術開発が進められ、種々構成の撮像レンズ系が提案されている。例えば、物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第2レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の第3レンズを配置した撮像レンズが開示されている。
特許文献1には、物体から順に、開口絞り、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズ、像側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第2レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第3レンズで構成され、特定条件を満たす撮像レンズが提案されている。この撮像レンズでは、第1レンズのパワーが強く、小型化が図られている。しかし、第1レンズのパワーと第2及び第3レンズのパワーとの調整が難しく、色収差その他の収差の補正が不十分となることがある。
特許文献2には、物体から順に、開口絞り、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズ、像側に凸面を向けたメニスカス形状の第2レンズ、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の第3レンズで構成され、特定条件を満たす撮像レンズが提案されている。この撮像レンズでは、第1レンズのパワーに比べ、第2レンズのパワーが低く抑えられているため、第1レンズで発生した中心部の収差の補正を第2レンズで行うことが難しくなることがあり、光学特性の面で不十分となることがある。
本発明は、従来の課題を解決する為に成されたものであり、小型で、かつ諸収差が好適に補正された良好な光学特性を有する3枚のレンズで構成される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、撮像レンズを構成する第1レンズと第2レンズのパワー配分及び第1レンズ、第2レンズのそれぞれの焦点距離と中心厚みの関係を特定範囲とすることにより、目的とする撮像レンズが得られることを見出し、本発明に到達した。なお、本発明でのパワーは焦点距離の逆数で表される量である。
請求項1の発明の撮像レンズは、物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズ、像側面へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第2レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第3レンズを配置し、以下の条件式(1)〜(4)を満足する撮像レンズである。
−4.0<f1/f2<−0.1 (1)
5.33≦f1/d1<7.0 (2)
−80.0<f2/d3<−20.0 (3)
0.01<f2/f3<1.50 (4)
但し、
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
d1:第1レンズの中心厚み
d3:第2レンズの中心厚み
である。
−4.0<f1/f2<−0.1 (1)
5.33≦f1/d1<7.0 (2)
−80.0<f2/d3<−20.0 (3)
0.01<f2/f3<1.50 (4)
但し、
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
d1:第1レンズの中心厚み
d3:第2レンズの中心厚み
である。
請求項2の発明は、請求項1記載の発明の撮像レンズにおいて、以下の条件式(5)を満足する撮像レンズである。
−10.0<f2/f<−2.0 (5)
但し、
f:撮像レンズ系全体の焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
である。
−10.0<f2/f<−2.0 (5)
但し、
f:撮像レンズ系全体の焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
である。
請求項1の発明の撮像レンズは、従来技術の課題が改善され、小型で、良好な光学特性を有する。本発明で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化、高性能化に寄与する。
請求項2の発明の撮像レンズは、より容易に小型化や良好な光学特性を達成できる。
本発明にかかる撮像レンズLAの実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明の実施形態にかかる撮像レンズLAの構成図を図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、絞りS1、物体側に凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズL1、像面側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第2レンズL2、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第3レンズL3が配置された3枚構成のレンズ系である。第3レンズL3と像面の間に、ガラス平板GFが配置される。このガラス平板GFとしては、カバーガラス、又は、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よりも物体側へ挿入することにより、入射瞳位置を像面から遠い位置に設定することができる。これにより、高いテレセントリック性を確保することが容易となり、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は物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーのレンズであり、第2レンズL2は像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーのレンズであり、第3レンズは物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーのレンズである。本発明の撮像レンズは小型化を図るため、第1レンズL1の正パワーを強く設定する必要があるが、これにより第1レンズL1で発生する収差のうち、中心部の収差は、主に、負パワーの第2レンズL2で補正し、周辺部の収差は、主に、負パワーの第3レンズL3で補正している。これら3枚のレンズの表面は、諸収差をより好適に補正するため、1面以上を非球面形状とすることが好ましく、2面とも非球面形状とすることはより好ましい。
第1レンズL1の正パワーを強くすると、主点が物体側となるため、撮像レンズLAの小型化は容易となる。しかし、第1レンズL1の正パワーが過度に強くなると、第1レンズL1の正パワーと第2レンズL2及び第3レンズL3の負パワーとの調整が困難となることがある。そのため、第1レンズL1は、物体側へ凸面を向け、一方の面に収斂作用、他方の面に発散作用を有するメニスカス形状として、過度のパワーになることを防止している。
本発明の撮像レンズLAは、第1レンズL1で生ずる中心部の収差は、主に第2レンズL2で補正し、周辺部の収差は、主に第3レンズL3で補正している。そのため、中心部の収差を好適に補正するため、第1レンズL1と第2レンズL2のパワー配分及び第1レンズ、第2レンズL2の形状は重要となる。また、周辺部の収差を好適に補正するため、第2レンズL2と第3レンズL3の負パワーの配分が重要となる。
第1レンズL1と第2レンズL2のパワーのバランスは、第1レンズL1の焦点距離f1と第2レンズL2の焦点距離f2の比が条件式(1)を満足することが好ましい。f1/f2の値が条件式(1)の下限を下回ると、中心部の収差の補正が難しくなることがあり、一方、上限を上回ると、小型化が難しくなることがある。
−4.0<f1/f2<−0.1 (1)
−4.0<f1/f2<−0.1 (1)
また、第1レンズL1及び第2レンズL2が過度のパワーとなることを抑えるため、共に、メニスカス形状であることが好ましい。さらに、第1レンズL1は、第1レンズL1の焦点距離f1と中心厚さd1との比が条件式(2)を満足する。第1レンズL1は、条件式(2)を満足することにより、第1レンズL1の収差が過度になることを抑え、中心厚さd1が厚くなることを防いでいる。f1/d1の値が条件式(2)の下限を下回ると、中心部の収差の補正が難しくなることがあり、一方、上限を上回ると、小型化が難しくなることがある。
5.33≦f1/d1<7.0 (2)
5.33≦f1/d1<7.0 (2)
第2レンズL2は、第1レンズL1の正のパワーを制御し、かつ、第3レンズL3のパワー負荷を少なくさせるように設計される。第2レンズL2は、第2レンズL2の焦点距離f2と中心厚さd3との比が条件式(3)を満足する。f2/d3の値が条件式(3)の下限を下回ると、小型化が難しくなることがあり、一方、上限を上回ると、中心部の収差の補正が難しくなることがある。第1レンズL1及び第2レンズL2が、条件式(1)〜(3)を満足することにより、撮像レンズLAの小型化が図れ、中心部の収差の補正を好適に行うことが可能となる。
−80.0<f2/d3<−20.0 (3)
−80.0<f2/d3<−20.0 (3)
さらに、第2レンズL2は第1レンズL1より高屈折率の材料で形成されるとともに、撮像レンズLA中でのパワー配分は、第2レンズL2の焦点距離f2と撮像レンズLA全体の焦点距離fとの比が条件式(5)、より好ましくは、条件式(5−a)を満足する。f2/fの値が、条件式(5)の範囲外となる場合、第2レンズL2と第1レンズL1及び第3レンズL3とのパワーバランスが難しくなることがある。
−10.0<f2/f<−2.0 (5)
−8.0<f2/f<−2.0 (5−a)
−10.0<f2/f<−2.0 (5)
−8.0<f2/f<−2.0 (5−a)
第2レンズL2と第3レンズL3は共に負パワーである。第2レンズL2で主に中心部の収差の補正を行い、第3レンズL3で主に周辺部の収差の補正を行えるように、負パワーの配分の好適化を図っている。第2レンズL2と第3レンズL3とのパワー配分は、第2レンズL2の焦点距離f2と第3レンズL3の焦点距離f3との比が条件式(4)を満足する。f2/f3の値が、条件式(4)の範囲を満足することにより、第2レンズL2で中心部の収差の補正を行い、また、第3レンズL3で周辺部の収差の補正を行うことが容易となる。
0.01<f2/f3<1.50 (4)
0.01<f2/f3<1.50 (4)
本発明の撮像レンズLAを構成する第1〜第3の3枚のレンズは、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。
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材料である。本発明の撮像レンズLAを構成する3枚のレンズは樹脂材料で形成されることが好ましい。レンズ材料として樹脂材料が使用される場合、ASTM D542法に準じて測定されたd線の屈折率が1.45〜1.60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結晶性のポレオレフィン系樹脂、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、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レ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、ポリカーボネート系樹脂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や寸法が変動することは良く知られている。これら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、撮像レンズLAを構成する3枚のレンズは、それぞれ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、撮像レンズLAを構成する3枚のレンズは、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、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
f3 :第3レンズL3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の像面の曲率半径
R3 :第2レンズL2の物体側面の曲率半径
R4 :第2レンズL2の像面の曲率半径
R5 :第3レンズL3の物体側面の曲率半径
R6 :第3レンズL3の像面の曲率半径
d :レンズの厚み又はレンズ間距離
d1 :第1レンズL1の中心厚さ
d2 :第1レンズL1の像面と第2レンズL2の物体側面との距離
d3 :第2レンズL2の中心厚さ
d4 :第2レンズL2の像面と第3レンズL3の物体側面との距離
d5 :第3レンズL3の中心厚さ
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 :第3レンズL3の屈折率
νd :d線でのアッベ数
ν1 :第1レンズのアッベ数
ν2 :第2レンズのアッベ数
ν3 :第3レンズのアッベ数
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
f3 :第3レンズL3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の像面の曲率半径
R3 :第2レンズL2の物体側面の曲率半径
R4 :第2レンズL2の像面の曲率半径
R5 :第3レンズL3の物体側面の曲率半径
R6 :第3レンズL3の像面の曲率半径
d :レンズの厚み又はレンズ間距離
d1 :第1レンズL1の中心厚さ
d2 :第1レンズL1の像面と第2レンズL2の物体側面との距離
d3 :第2レンズL2の中心厚さ
d4 :第2レンズL2の像面と第3レンズL3の物体側面との距離
d5 :第3レンズL3の中心厚さ
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 :第3レンズL3の屈折率
νd :d線でのアッベ数
ν1 :第1レンズのアッベ数
ν2 :第2レンズのアッベ数
ν3 :第3レンズのアッベ数
撮像レンズLAを構成する第1レンズL1、第2レンズL2及び第3レンズL3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、以下の非球面多項式で表される。
y=(x2/R)/[1+{1−(k+1)(x/R2)}1/2]
+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16 (6)
+A4x4+A6x6+A8x8+A10x10+A12x12+A14x14+A16x16 (6)
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。
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(6)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(6)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〜第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径R、レンズの厚さ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。
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〜第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径R、レンズの厚さ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。
この条件では、表7に示すように条件式(1)〜(5)の範囲内である。
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。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ことがわかる。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結果である。又、非点収差での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から第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径R、レンズの厚さ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。
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から第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径R、レンズの厚さ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。
この条件では、表7に示すように条件式(1)〜(5)の範囲内である。
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。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ことがわかる。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結果である。又、非点収差での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から第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径R、レンズの厚さ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。
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から第3レンズL3のそれぞれの物体側及び像側面の曲率半径R、レンズの厚さ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。
この条件では、表7に示すように条件式(1)〜(5)の範囲内である。
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。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ことがわかる。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結果である。又、非点収差での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。
LA :撮像レンズ
S1 :絞り
L1 :第1レンズ
L2 :第2レンズ
L3 :第3レンズ
R1 :第1レンズL1の物体側面の曲率半径
R2 :第1レンズL1の像面の曲率半径
R3 :第2レンズL2の物体側面の曲率半径
R4 :第2レンズL2の像面の曲率半径
R5 :第3レンズL3の物体側面の曲率半径
R6 :第3レンズL3の像面の曲率半径
d1 :第1レンズL1の中心厚み
d2 :第1レンズL1の像面と第2レンズL2の物体側面との距離
d3 :第2レンズL2の中心厚み
d4 :第2レンズL2の像面と第3レンズL3の物体側面との距離
d5 :第3レンズL3の中心厚み
S1 :絞り
L1 :第1レンズ
L2 :第2レンズ
L3 :第3レンズ
R1 :第1レンズL1の物体側面の曲率半径
R2 :第1レンズL1の像面の曲率半径
R3 :第2レンズL2の物体側面の曲率半径
R4 :第2レンズL2の像面の曲率半径
R5 :第3レンズL3の物体側面の曲率半径
R6 :第3レンズL3の像面の曲率半径
d1 :第1レンズL1の中心厚み
d2 :第1レンズL1の像面と第2レンズL2の物体側面との距離
d3 :第2レンズL2の中心厚み
d4 :第2レンズL2の像面と第3レンズL3の物体側面との距離
d5 :第3レンズL3の中心厚み
Claims (2)
- 物体から順に、絞り、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の正パワーの第1レンズ、像側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第2レンズ、物体側へ凸面を向けたメニスカス形状の負パワーの第3レンズを配置し、以下の条件式(1)〜(4)を満足することを特徴とする撮像レンズ。
−4.0<f1/f2<−0.1 (1)
5.33≦f1/d1<7.0 (2)
−80.0<f2/d3<−20.0 (3)
0.01<f2/f3<1.50 (4)
但し、
f1:第1レンズの焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
f3:第3レンズの焦点距離
d1:第1レンズの中心厚み
d3:第2レンズの中心厚み
である。 - 以下の条件式(5)を満足することを特徴とする請求項1記載の撮像レンズ。
−10.0<f2/f<−2.0 (5)
但し、
f:系全体の焦点距離
f2:第2レンズの焦点距離
である。
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